十六国和南北朝阶段的初期（约公元384－494年），窟龛多为平面方形、平顶或圆顶，内置三世佛、七佛或千佛，手法近于云岗石窟之昙曜五窟。佛像多为方面大耳，头梳高肉髻，额广平正，眉高目长，硕口微闭，身披偏袒右肩袈裟；菩萨像多为长方面孔，鼻直口方，面含笑容，上身袒露，薄衣贴体。此阶段中期（约公元495－534年），由于民族融合加剧，开窟造像的艺术手法迅速汉化，且形式日趋多样。窟龛主要为方形，平顶，低坛基，左右各开一龛，并有藻井等装饰。部分窟龛内出现十大弟子形象，并绘有佛教壁画。佛像的面相普遍变长，五官缩小，眉如新月，双目半睁，唇薄且翘，略带微笑，身披通肩袈裟，垂于座前；菩萨面相清秀，满含笑容，身调细长，装束繁褥，衣带飘舞，风姿潇洒。此阶段后期（约公元557－581年），窟龛的规模和结构趋于宏大，多为崖阁式大窟。窟内造像以七佛为主，周围有弟子、菩萨；造像摆脱了以前秀骨清相的特点，代以敦厚壮实的风格。佛像面相丰满圆润、粗颈宽肩，腹部突出，头梳低平肉髻，衣饰为紧窄通肩大衣或下垂袈裟；菩萨衣饰多变。此阶段的代表性作品为第121、127、4、3、9、85等窟。

隋唐时期，麦积山的开窟造像活动依旧兴盛，但由于自然和人为的原因，现存的作品已不多了，仅有少量的壁画和雕塑。雕塑形象较为拘泥呆板。其代表为第13、14窟等。