春秋至秦汉则为黄河流域农耕的成熟期。这一时期,黄河流域的农业水平大大提高,农业技术取得了突破性进展,为后世农业的发展奠定了基础。在郑州碧沙岗遗址中发现了春秋时期的粮窖,30多平方米的范围内就有8个之多。战国时期,农业技术取得了较为突出的进步,铁犁、牛耕被广泛使用。在陕西秦景公墓、洛阳水泥厂灰坑、山西侯马西北庄等遗址中出土了大量春秋时期的铁铸、铁铧、铁铲、铁锛等农具。山东、河南等地有汉代的铁犁壁出土。《国语》中有“宗庙之牺,为畎亩之勤”,足见这时的牛耕已被熟知和利用。在商鞅变法后,畜力与铁具更是紧密结合。在水利灌溉方面,楚国修芍陂,郑国大夫为田洫。之后,郑国渠、漕渠、龙首渠、六辅渠、白渠等相继修建。与前代相比,汉代的耕地面积不断扩大,农产品种类和数量也更为丰富。此外,人们还推广了不少新的技术。汉代赵过发明代田法,以解决黄河中上游的干旱问题;并发明耧车,提高了播种效率。伴随着农业的发展,专门记载和总结农业生产经验的农书开始出现。西汉末年的《汜胜之书》详细地记载了黄河中游地区的耕作原则、作物栽培技术和种子选育等农业生产知识。此时,二十四节气被定入历法,这是对天文、地理、四季、物候、气象等自然现象加以观察和总结的结果。另外,随着春秋时期井田制的瓦解,土地逐渐私有化,生产力进一步解放,助推了黄河流域农业的飞速发展。

魏晋至宋是黄河流域农耕文明的曲折发展期。东汉末年,军阀混战给社会生产,特别是对黄河中下游地区造成了极大的破坏,随处可见“白骨露于野,千里无鸡鸣”的残破景象。魏晋时期农业得到了恢复,政府征流民,先后实行屯田和占田,黄河流域一度出现“农官兵田,鸡犬之声,阡陌相属” 的景象。西晋后期,八王之乱,五胡乱华,流民起义,气候变冷,自然灾害频发,黄河流域又是赤地千里,衰草寒烟。北魏时期,少数民族征服中原。孝文帝时期,曾出现“公私丰赡,虽有水旱,不为患也”的富裕。同时,牧业区拓展到了黄河中下游地区,河南境内的养马数多达10万匹。北魏末年出现的《齐民要术》记述了黄河流域下游地区的农业生产状况,概述了农、林、牧、渔、副等部门的生产技术。隋唐时期的农业经济空前兴盛,考古发现,当时的洛阳含嘉仓占地面积达42万平方米。河湟、河套等黄河上游地区的农业在该期也得到了一定的发展。在农本思想指导下,大批水利工程,如郑白渠、汴蔡二渠等得到了修复;盐碱地、沼泽地得以改造;农具也得到较大的改进,水车有手摇、脚踏、扭转等数种,还有“斫木而为,凭河而引”的水轮筒车。江东的曲辕犁也在黄河流域得到广泛推广,其结构完备,轻便省力,能适应不同田块的要求,一直为后世所沿用。在广大劳动人民的辛勤耕作下,黄河流域的农业得到了恢复和发展。