显然，在上述三个时期中，南北朝时期度量衡量值最不稳定，增幅最大。之所以会有这种局面，原因不在于科学。因为在南北朝时期，度量衡科学仍然取得了长足进步，例如刘歆就曾发明了“割圆术”，找到了计算圆周率的科学方法，而圆周率是度量衡设计不可缺少的一个关键数据，所以这一发明对于度量衡技术至关重要。刘歆还运用他得出的圆周率(3.14)测量并计算了魏大司农斛和新莽铜斛，得到了它们的精确数据，并发现莽斛只相当于魏斛的9斗7升4合强。再如祖冲之求得了更精确的圆周率值，他运用他得到的圆周率考校了新莽铜嘉量铭文记载的尺寸，指出了刘歆计算上的失误；并重新给出了具有6位小数的精确的直径数据。又如西晋泰始十年(274年)，萄勖受命考校太乐，通过研究古籍古器，发现后汉至魏，尺度增长了4分有余。他依据这一发现制订了律尺，受到当时人们称赞。另如梁武帝，亦通晓音律，并能采用校验古器、积毫累黍之法考定新制。类似例子还可再举出一些。这说明，在魏晋南北朝时期，度量衡科学仍然有所发展。由此，度量衡制度的混乱，与当时的科学无关。
南北朝时期，中国大地长期出现南北政权对峙局面。一般说来，南朝度量衡基本还能保持稳定，北朝则呈急剧增长趋势，以至于出现了“南人适北，视升为斗”的局面。所以，要探讨这个时期中国度量衡量值急剧变化的原因，要从北朝的政治、经济状况着手。
北朝主要是指北魏。北魏统治者出身于经济文化落后的游牧民族，西晋时北魏社会尚停留于奴隶制社会，以后在进入中原过程中，才逐渐向封建制转化。北魏政权对于建制立法，颇不着力。在其建国后相当长一段时期内，对官吏没有实行俸禄制，而是任其贪赃勒索，政治上腐败至极。另外，官府向人民征收高额税赋，并规定如果所征税赋份额不足，就要严厉惩罚。各级官吏为了多收税赋，取悦上官，中饱私囊，不惜滥用职权，加之对度量衡没有严格的管理制度，就使得鲜卑贵族与汉族官吏、地主一道，任意加大尺、斗、秤，恣意妄为、盘剥百姓而不受惩处。没有健全的法制，这是当时度量衡量值急剧增长的主要原因。也正因为如此，历代学者在讨论北魏度量衡混乱状况时，无不将其归因于当时政治的腐败和官吏的贪污，这是合乎实际的。
从经济状况来看，魏晋南北朝是中国历史上自然经济占绝对优势的时期。自然经济容易造成地区间的封闭和割据状态，导致法制松弛，使得本来应该统一的度量衡制度也陷入各自为政的状态。这也是造成当时度量衡制度混乱的原因之一。
南北朝时代结束于隋。隋不但实现了南北统一，还于开皇年间统一了度量衡。隋王朝是在北周基础上建立起来的。这样，隋朝要统一度量衡，不能不考虑北周度量衡量值已经增大这一事实，所以隋朝统一度量衡，实质是认可当时的度量衡制度，并将其法定化。因此，隋初的度量衡制度，较之所谓秦汉古制。就要大得多。《隋书·律历志》，说：“开皇以古斗三升为一升……以古秤三斤为一斤。”至于尺度，则采用北周市尺，折合今制约合29.6厘米，比之新莽铜斛尺增长了6.5厘米。这是隋初开皇年间制定的度量衡制度。这一制度，因为符合当时社会实际，加之管理严格，得到了有效施行。大业三年(607年)，隋炀帝曾下令度量衡恢复古制，因不合实际，未能通行，民间仍沿用隋朝前期制度，隋炀帝改制归于流产。隋唐以降，执行的大体上仍是隋初的制度。
度量衡重新获得统一，有利于经济发展，社会进步，但这同时又带来一个新问题：新度量衡制度对保持某些科技测量数据的一贯性极为不利。例如乐律用尺，如果采用隋初尺度，则“黄钟律管九寸”之说肯定不能成立，以之制礼作乐，必然导致八音不和，乐律失舛。再如天文用尺，传统上对各个节气相应日影长度都有记述，如果采用新制，与已有数据完全不符，不仅不利于历法制订，还违反了儒家的“天不变道亦不变”的信条。又如医药方剂，同样的剂量，按秦汉古制可以治病，而按隋初新制则足以置人于死地。这种局面，当然要尽力避免。古人对此采取的解决办法，是实行不同的度量衡制度，在调乐律、测日影、定药量以及制作冠冕礼服时，用秦汉古制，而在其他方面，则采用当时的制度。这就形成了所谓的大小制。
度量衡大小制的产生始自西晋。荀勖考校乐律而求得古尺，与当时日常用尺已有区别，这表明他所用的乐律尺与民用尺已经不一致。后来，祖冲之考校前代尺度，认为苟勖律尺符合古制，于是以之测日影、定历法，这是南北朝时量天尺与日常用尺不一致的典型例子。实际上，自西晋始，每逢改朝换代，校乐律、定历法必求古器，说明人们已经充分意识到了度量衡应该有大小制的区别。到了隋朝，隋文帝统一度量衡，明文规定测日影用南朝小尺，官民日常用尺则采用北方大尺，从而进一步肯定了度量衡大小制的使用。唐朝订制，把度量衡大小制载入《六典》，确立了其法律地位。从此，度量衡大小制作为一种法定制度，正式登上了中国历史舞台。
唐宋以后度量衡的演变
隋朝存在时间很短。经过隋末农民战争的冲击，新兴的唐王朝重新统一了中国。
唐代在度量衡制度方面基本继承了隋制。综合各种资料来看，唐朝1尺约合今30厘米左右，1升约合今600毫升，1斤约合今661克。另一方面，度量衡制度在唐代也有所演变，这主要表现在重量的进制方面。秦汉以来，长度和容量基本都是十进制，而重量单位却是非十进制，而且进率不一。这种局面，由唐初铸“开元通宝”钱为契机而得以改善。所谓“开元通宝”，是开辟新纪元及通行宝货的意思，与唐玄宗的开元年号(713-741年)无关。“开元通宝”钱始铸于唐武德四年(621年)，钱的直径为8分，重2铢4累。根据传统两与铢之进率规定，1两重24铢，2铢4累恰为1两的1／10，即10枚“开元通宝”钱正好重1两。因为由10枚钱为1两比24铢为1两更便于计算，而且以钱为重量单位，其标准随处可得，于是，随着“开元通宝”，的流行，唐代约定俗成地出现了一个新的重量单位——钱。钱这一单位的出现，使得重量单位出现了十进制，而且更趋于实用。
唐代度量衡建设最值得称道之处是其管理制度。唐代制订了严厉的度量衡法律条文，规定对度量衡每年要定期校验印署，然后方可使用。如果执行校验的人员所校不平、私作者不合标准而仍然使用、或虽经校验平准而未钤官印者，均予治罪。监督校验的官员未察觉或知情者，分别治罪。度量衡的主管机构在中央为主管财货、贸易的太府寺，在地方则为州县政府。度量衡检校时间规定为每年八月，在京者送太府寺平校，不在京者送所在州县官府平校。总而言之，唐朝对于度量衡管理的各项规定，是相当完善的。因此，后世的宋、明、清各代，多以唐律为参照而制订自己的度量衡律令。唐制的重要性，由此可见一斑。
五代十国时期，天下混乱。度量衡的管理和制作，自然也无暇顾及，一切制度，均沿袭唐制，听其自然。其中比较重要的一件事是后周王朴以累黍造尺的方法定音律。王朴律准尺比新莽尺长2分有奇，属于度量衡制的小制。在当时动荡的社会背景下，王朴能够用累黍的方法考尺定律，这是值得在度量衡史上记上一笔的。
宋王朝算不上是一个强盛的国家，但宋朝的社会经济和科学技术却比较发达。在度量衡方面也有所改进。在重量单位进制方面，宋代在唐代最小十进单位“钱”下，增设了十进位制的分、厘、毫、丝、忽。将长度单位移于衡制，这是宋代的一个创造。从此以后，重量单位制除了仍用16两为1斤、120斤为1石外，其他单位都采用了十进位制。
对于量器的形制和进率，宋代也有所改进。秦汉铜斛一般为圆柱形，隋唐以降容量增大，其直径亦相应增大，导致上口过大，不易乎准。取平时稍有盈虚，则容值相去甚远。为此，南宋时将斛量改为截顶方锥形，上口小，下底大，均为方形。这种形制的量器，因其为方锥形，对其各边进行测量，较之对圆柱形内径的测量更易于实现，因此更能满足“以度数审其容”的要求。加之上口小，容易平准，可以减少测量时的营私舞弊。因为有这些长处，元、明、清等后世王朝，在斛量的形式方面也都沿用了宋制。
唐以前的斛量均以10斗为准。斛是五量中量值最大者。南北朝以来，量值的增加，达到古制的3倍，一斛所盛谷物太重，使用不便。另外，古籍中所记容量单位还有石，石与斛往往混淆。有鉴于此，宋代既改斛形，又革其制，规定斛的进率为5斗，石的进率为10斗，1石等于2斛。这样既明确了斛、石之关系，补正了斛名的空缺，又使得斛的实际大小更切于实用，因而这一改革亦被后世所采纳。
宋代度量衡的发展有一件大事，这就是能够精确进行小剂量称量的戥子秤的发明。北宋建国之初，颇重视度量衡之统一，宋太祖曾多次下诏，要求制作颁行统一的度量权衡。淳化三年(992年)，宋太祖又发布诏令，命有司“详定称法，着为通规”。负责管理国家度量衡器的官员刘承珪按要求清理了国库所用的各种权衡器具，发现太府寺所用天平砝码的称量范围自1钱至10斤，共51件，而外府每年所受的黄金贡赋，要求自毫厘计之，但太府寺砝码大都轻重无准，使用中容易造成混乱，产生弊端和争讼。为了解决这一问题，刘承珪经过反复校验，创制了两种小型精密的戥子，作为小重量精密测量的国家级标准器。
刘承珪创制的这两种戥子：一种最大量值为1钱半，分度值为1厘，以厘、分、钱、两为十进位制单位；另一种最大量值为1两，分度值为1累，以累、铢、两为不同进制单位，1两等于24铢，1铢等于10累。这样的两套戥秤，可以满足不同进制小剂量称量的需要。此外，刘承珪还用一两戥秤称淳化年间制造的铜钱，选每枚重为2铢4累者，积2400枚，合在一起，作为15斤的标准，并据此制成最大称量为15斤的标准秤。根据这些标准，重新铸造了一批成套的砝码，置于太府寺，并颁于全国各地。《宋史·律历志》称，自从建立了这一套权衡标准以后，“奸弊无所指，中外以为便”。到了后世，戥秤因制造简易，使用方便，称量精确，深受行市、商贾欢迎，成为称量金银、药物等贵重物品的专用工具而沿用近千年，为古代中国精密计量的发展做出了贡献。
与宋并存的辽、金、夏等少数民族政权度量衡制情形不详，估计大致与宋朝相仿。
