这一时期，染色技艺与宗教文化的融合更为深入，佛教的传入为染色织物注入了新的精神内涵。寺院的僧袍多采用“坏色”，即不鲜艳的青、黄、褐等色，以体现修行者的淡泊，这些色彩多以廉价的草木染料染制，如用萍草染绿、树皮染褐，工艺简约却蕴含禅意；而寺院的经幡、佛帐则追求庄重华丽，常用茜草染红、紫草染紫，经多次套染形成浓郁的色彩，与佛像、经卷相得益彰，敦煌莫高窟早期壁画中，便有大量身着“坏色”僧袍的僧人形象与色彩艳丽的佛帐图案，直观反映了宗教对染色的影响。同时，文学作品中对染色织物的描写也更具时代特色，谢灵运的“白芷竞新苕，绿苹齐初叶”，以自然草木色彩喻指染布色泽；鲍照的“纤罗雾縠，曳绣云裳”，则描绘了染色与刺绣结合的华美服饰，展现了这一时期染色技艺在日常生活与精神文化中的深度渗透。
考古发现为三国两晋南北朝的染色成就提供了丰富佐证。新疆吐鲁番阿斯塔纳古墓群出土的这一时期染织品，涵盖了绞缬、蜡缬、套染等多种工艺，色彩包括红、黄、蓝、绿、紫、褐等，其中一块北朝绞缬绢，以绛红为底，白色花纹如雪花纷飞，工艺精湛；江苏常州戚家村南朝墓出土的丝织品，采用“茜草+明矾媒染”的工艺染成深红色，质地柔软，色泽鲜艳；山西大同北魏司马金龙墓出土的漆画屏风，其衬布残痕检测出靛蓝、朱砂等染料成分，印证了北方染色工艺的高超水平。此外，这一时期的农学着作《齐民要术》专门记载了“红花染”“蓝靛染”“栀子染”的详细工艺，包括染料的采集、制取、染色步骤及固色方法，甚至提及“染绛，必用清明节前茜草，色方鲜”的实践经验，标志着染色技术的理论总结更趋系统。
三国两晋南北朝时期的染色技艺，虽处于乱世之中，却凭借地域特色的坚守、民族文化的交融、工艺技术的革新，展现出强大的生命力。这一时期，染色技艺不再局限于秦汉的大一统规范，而是在多元格局中形成了丰富的地域风格与民族特色，官营染业的实用取向与民间染业的审美追求并行不悖，传统工艺与外来技术碰撞融合，为隋唐染色技艺的鼎盛埋下了重要伏笔，更让中国古代染色技艺的多元性与包容性得到了充分彰显。
而在隋唐之际，大一统盛世的恢弘气象，让染色技艺挣脱南北朝地域割裂的束缚，迈入“工艺极致、色彩绚烂、体系完备、文化交融”的黄金时代。官营染业的制度化巅峰与民间染业的百花齐放相得益彰，染料拓展、技术革新与审美多元铸就辉煌，而《唐六典》《齐民要术》等典籍与文学作品的记载，更让这份成就具象留存、代代相传。
隋朝虽祚短，却为唐代染色奠定坚实基础。隋文帝设“司织署”“司染署”，将染色纳入国家礼制，《隋书·百官志》明确其“掌织纴、染色，供乘舆祭祀”之责。官营染坊创新“漏印套染法”，为唐代夹缬工艺铺垫；西安玉祥门外隋墓出土的靛蓝绞缬绢、洛阳龙门石窟的绛红丝织品，印证了《隋书·食货志》“西京织室，染色必用上品染料”的记载。民间方面，蜀地“苏方木染红”的“蜀锦红”、苏州“蓼蓝染青”的“吴绫”，凭《大业杂记》“畅销京洛”的记载，成为地域染色代表。
唐代染色技艺全面鼎盛，官营体系臻于完善。中央“少府监”下辖“织染署”，《唐六典·少府监》详载其架构与“青、黄、赤、白、黑、绿、紫”七色规范，明确各色彩染料与工艺——青用蓝草、黄用栀子、赤用茜草红花、黑用石墨五倍子。三大防染工艺臻于化境，均有典籍与实例佐证：绞缬以洪州“鱼子缬”“醉眼缬”为精，《唐国史补》有载，吐鲁番阿斯塔纳古墓出土的多色绞缬罗印证其精妙；蜡缬从民间入宫廷，段成式《酉阳杂俎》记其“蜡画缯染，花纹如绘”，新疆出土的“双凤戏花”蜡缬布尽显技艺；夹缬实现规模化生产，《唐语林》载玄宗时“宫中作夹缬赐近臣”，敦煌莫高窟的宝相花夹缬绢幡为其代表。
染料与工艺的革新，让唐代色彩更趋丰富。植物染料新增地黄、郁金、苏木，《齐民要术》（唐代增补）记“地黄染黄如金”，《本草拾遗》称苏木“染绛胜于茜草”；西域传入的胭脂虫红成为珍品，《唐本草》载其“色红如血，久不褪”，西安何家村出土的胭脂虫粉末可为佐证；矿物染料石青、石绿用于礼仪服饰，《新唐书·舆服志》明确皇帝冕服“日、月、星辰用石青、石绿染制”。民间染业形成地域特色：蜀锦以“绯红”“葡萄紫”等套染色彩着称，《通典》载其“色胜云霞，岁贡万匹”；吴绫“青如春水”，《唐国史补》记“士人皆爱之”；岭南粤缎用苏方木染红，《岭表录异》载其“远销北方”，长安西市“染行”数十家，形成完整产业链。