东亚洪水泛滥等灾难导致人口骤减。此后，华北地区诞生了杰出的母系氏族部落——女娲氏。灾后女娲造人，大量繁衍，恢复人口，治理水患，斩杀水怪，清除威胁人类的猛兽，利用火灾过后产生的大量芦灰，填补淹水地区（“断鳌足以立四极，杀黑龙以济冀州，积芦灰以止淫水”）。女娲氏恢复和创新了被自然灾害一度中断的人类知识技术积累，如制陶技术，“造人传说”中的泥人塑像是制陶技术的副产品。女娲炼的“五色石”即各色陶土，用于制作工具与修补住处。
随着极寒之后的气候好转，各地人口大量繁衍，生存状态多由游群转为部落，进而出现部落联盟，甚至早期国家的形态。该阶段是中国传说中的“三皇”时期，已经有一些部落在较大地域范围内有了统治能力和影响力，其首领也被视为领导人们走向文明的杰出人物，例如燧人、伏羲、神农三个部落的首领。
继有巢氏发明建筑房屋后，燧人氏发明取火用火，熟食改善人类营养吸收状况，伏羲氏发明渔猎畜牧，动物性食物增加改善人类营养供给，神农氏发明种植五谷，植物性食物大幅提升食物数量，等等。陶器、弓箭、布帛、音乐等新事物也被各地发明。华夏出现第一个创新爆发期。此时定居和游猎均为部落生存的常态，因此各地间已经存在频繁交流互动，生产技术与宗教信仰也在扩散和传播。
中国境内辽河流域的兴隆洼文化（8200—7400年前）、红山文化（6000-5000年前）、黄河流域的裴李岗文化（8000-7000年前）、北辛文化（7500年-6100年前）、仰韶文化（7000-5000年前）、龙山文化（5000-4000年前）、黄河上游的大地湾文化（7800-4800年前）、长江流域的跨湖桥文化（8000－7000年前）、大溪文化（6400-5300年前）、凌家滩文化（5500-5300年前）、钱塘江流域的良渚文化（5300-4300年）等文化遗址都是在两次小冰期之间这个阶段形成的。
从考古成果来看，在黄帝出现而初步开始形成中华文明之前，中华文化主要分布7大区域：辽河流域（北方地区）、黄河上游（甘青地区）、黄河中游（中原地区）、黄河下游（海岱地区）、长江上游（成渝地区）、长江中游（江汉地区）、长江下游（江浙地区）。这样划分大体涵盖主要文化遗址，且可以清晰勾勒“三皇”时期中华文化的区域分布。从这个角度看，黄帝部落既可能来自中原地区，也可能来自甘青地区或北方地区，而后者的可能性甚至更大。
约5000年前，地球气候最适期结束，大部分地区发生了从湿润到乾燥的转变。古西亚与古埃及的城邦国家因环境恶化而战争频繁，不停有族群向四面扩散，希望能够找到更好的栖息地。东亚地区因自然条件优越，逐渐成为各路迁徙族群的目标乐土，幷与当地的众多本土族群在这片“新大陆”上接触、冲突、融合，对土地、资源与人口进行重新分配。
“三皇”时期中国大地部落密布，已有大小尊卑之分，最强大者称“帝”，附属部落被封为公侯，公侯首领的子嗣称公孙。伏羲氏部落衰弱后，神农氏部落头领联合燧人氏部落取而代之，成为部落联盟之首，自称“炎帝”。4700年前，青藏高原地区骤冷，赤杨属植物绝迹，羊齿类孢子剧减，当地居民为求生存大量向东迁徙。黄河流域聚集了来自西部、北部的部落，碰撞和战争不可避免。
中国西北地区有一支游牧部落，居住在野兽出没的地区（“有熊国”），国家不大（“少典”），游猎为主（“迁徙往来无常处”），擅长驯养动物（“教熊、罴、貔、貅、貙、虎”），还会使用中原地区尚未出现的战车（“轩辕”）。这种战车与几百年前西亚出现的战车是否一致已不可考，但先进的军事装备令其所向披靡。
没有人知道这支部落来自哪里，只知道他们迁徙到渭水上游支流姬水的旁边，以“姬”为姓，幷与“有蟜氏”部落联姻，生下来的部落新首领被称作“公孙轩辕”。从其父母双方的特征来看，都有可能不是当地的本土居民。或者因交流频繁，发明较多。总之该部落带来众多新鲜事物，幷开始挑战神农氏数百年的权威。
神农氏“炎帝”虽然仍在维持天下共主的统治，但已世衰。轩辕氏战力强大，且凭藉战车有快速移动的军事优势，与神农氏开战。在阪泉（北京延庆）三战而击败神农氏“炎帝”，轩辕氏成为北方实际上最强的部落（“得其志”）。
“公孙轩辕”挟天子以令诸侯，引发众多部落不满。位于黄河下游、江淮流域的众多部落，不服号令，尤其以蚩尤部落最不听话（“蚩尤作乱，不用帝命”）。不仅如此，蚩尤氏集结了众多（约81个）东方与南方部落，主动清君侧，向轩辕氏发起挑战，进攻至涿鹿（河北张家口涿鹿）。
轩辕氏则集结了所有能够动员的北方部落（“征师诸侯”），双方使用当时最先进的技术（如指南车）、装备（如头盔、甲衣、战车）和武器（金属刀戈、大弩）投入战斗。最终轩辕氏在冀州之野（河北衡水冀州）擒杀蚩尤氏首领。此战胜利后，“公孙轩辕”被各部落尊奉为首领，取代神农氏称帝，自此才有“黄帝”的称号（“诸侯咸尊轩辕为天子，代神农氏，是为黄帝”）。
此后中国进入“五帝”时代，国家形态统治方式日益明显。黄帝不断征讨不顺从的部落，直到平定才离开（“天下有不顺者，黄帝从而征之，平者去之”）。最终黄帝成为中华大地上所有部落的霸主（天子），其统治力和影响力波及各地，幷随之带去先进的技术文化，被后世奉为中华文明的人文始祖。
从文明要素看，这一时期中国不仅有了国家形态的治理制度，也出现了城市建筑。距今5000年前的城墙与围壕遗址全国发现不少于10处，有的建于6000年前。城墙内部有居住区、墓葬区、制陶区等遗迹。金属工具方面的发掘尚不足，目前发现中国境内最早的青铜器是甘肃马家窑文化青铜刀（5000年前），但由于是孤例，没有发现青铜冶炼的痕迹，不排除从外部传入的可能。中国最早的青铜冶炼遗址和大规模成组的青铜礼器出现在河南洛阳二里头遗址（3700年前）。
黄帝的四处征讨加速了各地文化融合。此前中华大地万邦林立，群星璀璨，黄帝的横空出世，令天下归一，中华文明由多元走向一体。考古成果表明，黄帝的统治范围可能波及甚广，权力核心的出现也伴随着区域中心的衰落。红山、河洛、良渚、石家河、宝墩、山东龙山等文化支脉均融合到中华文明主脉中。
以黄帝为代表的轩辕氏是游牧为主、农耕为辅的族群，本身通过吸收不同文化，从而成为较之纯游牧或纯农耕族群更有战斗力的部落，在与其他部落的碰撞中不断融合其他部落，幷在融合的过程中，逐步建立起国家形式的统治模式。
黄帝时代出现了新生事物的爆发期，大量发明层出不穷。这些发明有可能均为原创，也有可能存在大量输入。无论是本土发明，还是受外来族群或技术的启发出现再创造，都不影响中华文明的灿烂伟大。中华文明自诞生起就是开放的。
黄帝喜欢云，官职都用云来命名，军队号称云师（“官名皆以云命，为云师”）。这一偏好反映在当时各地器物上均开始流行云纹，幷成为日后中华文化中的一大特色。从出土文物看，黄帝所在的新石器时期以勾云纹为主，商代青铜时期的器物常见云雷纹，此后历朝历代都使用云纹，但样式各有不同。
“五帝”时代统治实行“家天下”。黄帝、颛顼、帝喾、尧、舜幷称“五帝”。黄帝有二十五个儿子，两个嫡子。五帝中，帝喾和尧是嫡长子系列，颛顼和舜是嫡次子系列。嫡长子玄嚣分封在长江中游，嫡次子昌意分封在长江上游（若水，即雅砻江）。
由于黄帝长寿，两个嫡子均未能接班，继任者是孙子颛顼。此时天下太平，天子不再需要四处征战、居无定所。于是颛顼赴任后，开始在黄河中游建造统治中华大地各诸侯国及部落的帝都(有多种说法，例如河南巩义双榆树遗址)。这就是震惊世界的石峁古城。它是2021年美国考古学会期刊《考古》“过去十年世界十大考古发现”中唯一上榜的中国遗址。
石峁城位于陕西榆林神木高家堡镇，面积至少425万平方米，规模远大于年代相近的良渚遗址，相当于6个故宫，是已发现的中国史前时期规模最大的城址，也是当时全球规模最大的城市。经系统勘察和科学检测，确认兴建于约4300年前，正是颛顼与帝喾的统治时期。废弃时间约3800年前，即夏朝建立之后。
这座古石城由皇城台、内城和外城三部分构成，皇城台相当于故宫太和殿，内城则相当于紫禁城，外城相当于北京城。这已经完全具备国家都城的基本形制。石峁古城的城内密集分布着宫殿建筑、房址、墓葬、祭坛、手工业作坊等龙山文化晚期至夏代早期遗迹。石峁城墙格局很像北京、西安古都的形制，地势险要，易守难攻，非常符合都城建设的特征。
石峁古城以墙藏玉，6000余件，是中国文化中琼楼玉宇的神话来源。石峁玉器品式多样，有祭祀用的玉圭、玉璧、玉琮、玉刀等，也有生活和装饰用品，且制造工艺也已达到相当的水准。作坊区还出土了上万根由动物骨头打磨而成的骨针，其中最细的甚至达到了毫米级。石峁虽是出土玉器最多的古遗址，但周边幷无玉矿，说明是石峁作为政治经济中心从外部输入的玉器。
石峁是农耕文化与游牧文化融合的地区。颛顼在此建城就是为了方便统治游牧区与农耕区。在颛顼之后的帝位争夺战中，嫡次子系列的鲧（颛顼之子、黄帝的曾孙）失败了，最高权力被嫡长子系列的帝喾（颛顼之侄、黄帝的曾孙）获得。帝喾为确保权力稳定，幷彰显地位的合法与正宗，没有居住在颛顼所建的石峁古城，而是选在黄帝曾经的办公场所——陶寺，幷予以扩建。
陶寺遗址位于山西省临汾市襄汾县陶寺村南，距石峁遗址约400公里，面积约300万平方米。多种科学方法判断均显示陶寺遗址的年代为距今4300年至3900年前。陶寺遗址是中国史前功能区划最完备的都城，由王宫、王陵、观象祭祀台、外城、仓储区、手工业作坊区、下层贵族居住区、庶民居住区构成。遗址中还发现了朱书文字、青铜器、玉器、城墙和城门遗址，完全具备文明要素。
陶寺与石峁这两大都邑性遗址，南北呼应，既有不同又有联系。除了因地理条件的不同，城址建设存在夯筑与石筑的差异外，在典型器物、筑城规划、城址结构、夯筑技术、用玉制度、彩绘图案、杀戮祭祀、铸铜技术等方面显示出千丝万缕的关系。陶寺和石峁遗址出土的部分陶器，面貌相似度很高。石峁与陶寺在崇尚和使用玉器方面也有较多相似。
陶寺遗址肯定与石峁遗址之间发生过相互影响与借鉴的深刻互动，相互又保持自己的个性。陶寺都城遗址的聚落形态考古研究已经初步表明，陶寺文化早期与中期的统治者，变换了王族，这个更迭很有可能是尧舜之变。
各种证据显示：“五帝”时代中华文明已具雏形。当时国家观念、王权观念、私有观念、礼制和历法等均已出现，甚至相当成熟，其中很多被后来的夏商周文明继承和发展。陶寺古城与石峁古城是五帝时期的文明中心。
2015年中国社科院考古研究所召开新闻发布会，初步确定山西陶寺遗址，极有可能就是黄帝之玄孙帝尧的都城。本文推测，石峁城主要为黄帝之孙颛顼所建，陶寺城主要为黄帝之曾孙帝喾所建，后经帝尧扩建，已颇具规模。
帝喾死后，儿子帝挚继位，但治国不善，不久就死了（“帝挚立，不善，崩”）。帝挚的弟弟帝尧（帝喾之子、黄帝的玄孙）取得帝位，继续在陶寺统治天下，治理国家。
4200年前的“4.2千年冷事件”在全球范围内带来洪水与降温。环境恶化导致大量族群无法在原有的高原地带生存，纷纷到低海拔地区寻求生存和抢占资源，人口流动加剧，利益纷争激化，同时也为中华文明的进一步成熟创造条件。
帝尧继位后适逢气候剧烈变化，“鸿水滔天，浩浩怀山襄陵”。鲧素有贤名，被举荐治水。鲧本来有资格和机会继承天子之位，但没有争过自己的远房兄弟帝喾。因此，帝喾迁都陶寺之后，鲧就留在父亲颛顼开创的石峁城内。但因黄帝嫡次子系列的封国在川甘一带，鲧也要经常回去，幷在那里生下了禹。
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