这一时期，天文学家辈出，实测研究与理论创新双轨并行，极大推动了星球分类认知的精进。西汉司马迁编撰《史记·天官书》，首次以正史专章的形式，系统梳理三垣二十八宿体系，详细记载各类星体的名称、方位、类别及对应解读，将行星异动、恒星运行与人间政事、自然节律相勾连，却也保留了大量客观观测记录，成为后世研究汉代天文的核心典籍；东汉张衡堪称划时代的天文学家，他不仅提出“浑天说”，以更贴合天体运行实际的理论阐释宇宙结构，更亲手改良浑仪、创制浑象仪，前者能精准捕捉星体运行轨迹，大幅提升观测精度，后者可直观呈现星宿排布，让抽象的分类体系具象化，他在《灵宪》中对各类星体的论述，进一步细化了行星与恒星的区分标准，对彗星的形态、成因作出了极具前瞻性的解读，提出“彗孛者，天之旗帜也”，虽仍有附会色彩，却已尝试从自然角度探寻星体本质。此外，汉代学者还持续修订历法，从《太初历》到《四分历》，每一次历法革新都以精准的星体观测为基础，倒逼对行星运行周期、星宿方位的认知不断优化，而历法的普及又让星体分类的实用价值深入民间，农时测算、节气判定皆依星象而来，形成自上而下的认知共识。
天文典籍的编撰与传承在两汉也蔚然成风，除《史记·天官书》外，《汉书·天文志》《后汉书·天文志》接续补录，详实记载了两汉时期的星象观测成果，对前代典籍中的分类谬误加以修正，补充了大量新星、变星的观测记录；民间虽受律法限制不得私藏核心天文典籍，却也有不少学者整理通俗化的星象读物，将基础的星体分类、方位认知传播开来，让文人墨客、地方官吏皆能略通星象常识。同时，观测仪器的研制迭代不断，圭表、浑仪、晷仪等仪器日臻完善，部分地方官府也设有简易观测站点，配合中央太史台开展观测，形成上下联动的观测网络，积累了海量连续、精准的观测数据，为星体分类的细化提供了坚实支撑。值得一提的是，两汉时期的艺术作品中，星象元素也随处可见，画像石、画像砖上常以简洁线条勾勒三垣二十八宿、日月五星的形态，帛画中更是将星宿与神仙、瑞兽相融，既体现了官方主流的天文认知，也反映了民间对星体的崇拜与理解，让星球分类的认知以艺术形式得以流传。
两汉对星象的认知虽仍未完全脱离天人感应的时代局限，将星体异动视作皇权得失、民生祸福的警示，却已在制度化、精准化的道路上走得极远，其确立的三垣二十八宿分类体系，此后沿用千年未曾有本质变动，成为华夏天文文明的核心标识。秦两汉大一统的格局，让天文探究摆脱了地域割裂的束缚，实现了知识的整合与升华，而中央集权带来的资源集中，又为仪器研制、实测研究提供了保障，这些探索与积淀，不仅将华夏对星球分类的认知推向了新高度，更为魏晋南北朝乃至唐宋时期的天文发展奠定了坚实根基，让这份植根于农耕文明、融合于统治秩序、饱含着理性探索的天文智慧，在历史长河中持续传承光大。
随后不久，到了三国两晋南北朝时期，天下分合不定，战乱频仍，政权更迭频繁，却未阻断天文星象领域的探究脚步，反而因各方势力皆需借星象佐证天命、安定人心，让星球分类与星象观测在承袭秦汉根基的基础上，呈现出多元延续与局部突破并行的态势，既有乱世之中对传统体系的坚守传承，亦有学者在颠沛流离中对天文真理的执着求索，为华夏天文认知接续注入新的活力。
彼时天下三分，三国鼎立，魏蜀吴三方皆承汉制设立天文职官，太史令、灵台丞等职位一应俱全，虽割据一方，却均以承袭汉家天文正统自居，对秦汉确立的三垣二十八宿分类体系奉为圭臬，严格沿用其星体分类逻辑与观测范式。曹魏地处中原，承袭汉室大量天文典籍与观测仪器，在天文探究上底蕴最深，不仅修缮洛阳灵台，配齐精良浑仪、圭表，更组织学者校勘前代天文典籍，订正星体方位、星数记载的谬误，进一步细化恒星亮度分级，对五大行星的运行轨迹测算愈发精准，其学者编撰的《景初历》，便是以精准星象观测为根基，在历法修订中完善了行星与节气的对应关联，间接推动了星体分类的实用化；蜀汉虽偏安西南，亦重视天文观测，诸葛亮等贤相虽军务繁忙，却也深谙星象之道，行军布阵、择定军期多有参照星象，其对星体的认知严守汉制分类，将日月五星异动与军政事务相勾连，以星象安定军心、昭示正统；东吴据有江南，虽天文底蕴稍逊，却也设灵台观星，记录特殊天象，对东南空域的星体观测尤为细致，补充了不少地域性星象记载，丰富了恒星分类的地域观测数据。三方虽彼此征伐，却在天文领