这时期，中医药学进入了一个全面发展的新阶段。在医学理论，临床各科的诊断治疗，本草学，以及医药学教育等方面，都有重大的进步。
在医学理论方面，隋大业六年(公元610年)太医博士巢元方等受命对前人的医疗经验进行总结，编著成《诸病源候论》一书。这是中国历史上内容最丰富的探讨病因病机的一部专著。全书50卷，分67门，有1720论，论述了内、外、妇、儿、五官等各科疾病的病因、病理和症状。其中对一些疾病的起因有不少创见，突破了前人的定论，发现和描述了一些真正的病源。
在临床医学方面也取得了显著的进展，出现了大量的方书。其中，隋代编纂的《四海类聚方》达2600卷，卷帙浩瀚，为前所未有的著作，可惜早已佚亡。现在著名的有唐代的《千金方》、《外台秘要》，宋代时官修的《太平圣惠方》、《太医局方》、《圣济总录》、《校正太平惠民和济局方》等。
《千金方》是《千金要方》和《千金翼方》的简称，作者是杰出的医学家孙思邈〔miao秒〕。孙思邈(公元581—682年)，京兆华原(今陕西耀县)人。一生勤奋好学，“青衿之岁，高尚兹典，白首之年，未尝释卷”(《千金要方·自序》)。他精通医学，有很深的造诣。他曾总结行医的经验，提出“胆欲大而心欲小，智欲圆而行欲方”，作为行医准则。他改变了以往那种论病、用方、用药都本古代医经的做法，兼取各家医说和成就，结合自己的临床治疗经验，加以发展。他在医学理论、内外科、妇幼科、针灸，特别是在处方用药等方面，都在医药史上做出了重要的贡献，被后世尊为“药王”。更为可贵的是，他的医德非常高尚，把“不为利回，不为义疚”(《旧唐书·孙思邈传》)作为医生行为方正的标准，并身体力行。
《千金要方》30卷，是孙思邈积50多年的临床经验，结合历代医学典籍而著成。其内容包括中医基础理论和临床各科的诊断、治疗、针灸、食治、预防、卫生等，并把妇科病和小儿护理放在重要的地位。《千金翼方》30卷，是他集晚年近30年的经验而写成，作为对《千金要方》的补充，内容以本草、伤寒、中风、杂痈等的记述最为突出。书中计收载当时所用药物800多种，还补充了许多治疗方法，对外来医药也有所涉及。书名“千金”，则是取“人命至重，有贵千金”(《千金要方·自序》)之义，表达他对治病救人的重视。
儿科学在这时期受到了充分的重视，出现了《小儿药症直诀》、《小儿病源方论》、《小儿痘诊方论》、《小儿卫生总微论》等一批专著。
骨伤科和外科学在这时期也有长足的进步。成书于公元841年的《仙授理伤续断秘方》，是中国现存最早的治疗骨折和脱臼的专著。元代危亦林的《世医得效方》更是一部很有影响的骨科专著，其所载应用悬吊复位法治疗脊椎骨折，是骨科治疗的一大创举。书中所记“草乌散”和宋代《扁鹊心书》中的“睡圣散”，是继华陀“麻沸散”之后关于麻醉剂的重要记载。而宋代的《集验背痈方》、《外科精要》和元代的《外科精义》，强调外科以内科为本，主张内外兼治，则是对从整体观念出发的治疗思想的进一步发展。
在本草学方面，撰成于公元659年的唐代《新修本草》，是中国历史上的第一部国家药典，也是世界上由国家颁行的最早药典。它由唐朝廷组织20余位医学家和学者集体编修。在编修过程中又“普颁天下，营求药物”，征集全国各地所产的药物，并令绘出实物图谱，以供编修之用。全书54卷，分药图、药经和本草三部分，收载药物844种，其中考正过去本草经籍所载有差错者400余种，新增药物百余种。书中详细记述了药物性味、产地、功效及主治的疾病。宋代朝廷继承了这一创举，先后编修了《开宝本草》、《嘉祐本草》。随之又下诏，命令各地州郡绘制所出产的药草图，送京师开封，由苏颂整理、编纂成《图经本草》。而《证类本草》虽为唐慎微所著，但宋朝廷三次组织修订，先后颁行《大观经史证类备用本草》、《重修政和经史证类备用本草》和《绍兴校定经史证类备急本草》，成为私著官修药典，并在刊行之前成为本草学的范本。《本草衍草》则是这时期较有影响的私著本草著作，它与《证类本草》有着补充发明之功。
由于朝廷的重视，这一时期的医疗机构已相当完善，医学教育也相当健全，为当时世界所仅有。其中值得特别提出的是，宋医官王惟一著《铜人腧〔shu恕〕穴针灸图经》，并创制针灸铜人模型两具，在针灸学的教学和医师考核中发挥了很大的作用。