自东汉至隋唐，黄帝作为天帝之一在历代国家的郊天大典中得到祭祀。隋朝延续了前朝圜丘、南郊分立的制度，黄帝仍作为五帝之一在圜丘祀天中随祀。隋朝圜丘在国之南，太阳门外道东二里。其丘四成，各高八尺一寸。下成广二十丈，再成广十五丈，又三成广十丈，四成广五丈，于冬至之日祭昊天上帝，黄帝从祀。其用牲，上帝、配帝用苍犊二，五帝、日月用方色犊各一，五星以下用羊豕各九。凡大祀，斋官皆于其晨集尚书省，受誓戒。散斋四日，致斋三日。祭前一日，昼漏上水五刻，到祀所，沐浴，著明衣，咸不得闻见衰绖哭泣。其祭祀音乐，升坛奏《皇夏》之乐，受王帛，登歌奏《昭夏》之乐，皇帝降南陛，诣罍洗，洗爵讫，升坛，并奏《皇夏》。初升坛，俎入，奏《昭夏》之乐。皇帝初献，奏《□夏》之乐。皇帝既献，作文舞之舞。皇帝饮福酒，作《需夏之乐》。皇帝反爵于坫，还本位，奏《皇夏》之乐。武舞出，作《肆夏》之乐。送神作《昭夏》之乐。就燎位，还大次，并奏《皇夏》。鉴于祭祀礼仪繁琐，隋文帝时把祭祀划分等级。隋代将祭祀昊天上帝、日、月以及地祇、社稷、宗庙定为大祀，祭星辰、五祀、四望等定为中祀，祭司命、司中、风师、雨师、山川等定为小祀。唐代《开元礼》规定，皇帝冬至祀圜丘。太史令、郊社令各常服，率其属升设昊天上帝神座于坛上北方南向，席以蒿秸。设高祖神尧皇帝神座于坛上东方西向，席以莞。设五方帝、日月神座于坛第一等，青帝于东陛之北，赤帝于南陛之东，黄帝于南陛之西，白帝于西陛之南，黑帝于北陛之西，大明于东陛之南，夜明于西陛之北，席皆以蒿秸。但唐初的祭天之礼，细节上略有变化。其一是燔祭由迎神之后安排到送神之后。当时李淳风力主纠正了这种做法。他说：“臣等谨按祭祀之礼，必先降神，周人尚臭，祭天则燔柴，祭地则瘗血，祭宗庙则□萧灌鬯，皆贵气臭，用以降神。礼经明白，义释甚祥。燔柴在祭初，礼无所惑，是以三礼义宗，并云祭天以燔柴为始，然后行正，祭地以瘗血为先，然后行正。”但在玄宗所定《开元礼》中，燔柴还是改在礼仪临结束时进行。其二是燔柴时不像以前那样将所有祭品都烧掉，而将皂瓒等收藏起来。
《大唐开元礼》共150卷，是一部相当完备的封建礼典，历代考礼引为圭臬，据《开元礼》，唐代郊天的具体礼仪是：
（1）斋戒。前祀七日，皇帝散斋四日，于别殿致斋三日，祀官及文武百官俱斋戒。
（2）陈设。前祀三日，诸祠官开始打扫圜丘祭坛，整饬乘舆行道，划分各类祭祀人员的祭祀位置，安置相应祭器。
（3）省牲器。前祀一日，诸祠官检查所供祭品。
（4）銮驾出宫。皇帝亲临圜丘。
（5）奠玉帛。迎神、奏乐、读祝文。
（6）进熟。凡三献。燔柴。
（7）銮驾还宫。
宋朝在祭祀祀仪上因袭唐朝，“冬至祀昊天上帝于圜丘，以五方帝、日、月、五星以下诸神从祀。又以四郊迎气及土王日专祀五方帝，以五人帝配，五官、三辰、七宿从祀”（《宋史·礼志三》）。宋代祭天也附祭五方帝，黄帝因而在祭天礼中也得到附祭。大德九年（1305），中书省讨论圜丘祭天，主张只按《周礼》祀昊天上帝，取消五方帝附祭。但至大三年（1310）又按唐宋惯例，以五帝从祀。元代英宗至治二年（1322），有旨议南郊祀事，当时有人认为：唐宋以来，坛上神位既设昊天上帝第一等，复有天皇大帝，其五帝与太一、天一等都没有可靠依据。元代文宗至顺以后，官方祭天祀典发生重大变化，即正式废除了对五方帝的祭祀。元初，一度“合祭昊天上帝、皇地祇、五方帝于南郊”，但皇帝已不亲祀。文宗至顺以后，祭天“惟祀昊天上帝”，又取消了四时郊迎之制，结束了黄帝作为方帝享祀的历史。明太祖即位后，命李善长探究祭天之礼的源流，并斟酌古今之宜，务在适中，定议以闻。李善长研究祭天之礼后说：“国有大事在祀，今当遵古制，分祀天地于南、北郊。岁冬至，皇帝大祀天于南郊，昊天上帝南向，以大明、夜明、星辰、太岁诸神配。方丘在北郊，岁夏至，皇帝大祭地于方泽。”从而进一步简化礼仪，“□正祀典，凡天皇、太一、六天、五帝之类，皆为革除”。
在早期圜丘郊天仪式中，黄帝处于昊天上帝之下的二陔西南未地。他的地位较为显赫。在祭品供奉上，黄帝与天（地）、始祖各供一犊，而四方帝共供二犊，日月北斗共供一犊。虽然后来，黄帝与其他四帝供品基本趋同，仅仅只有颜色的差异，但这仍然改变不了五帝以黄帝为核心的地位。
（二）五祀之祭
五祀即五帝之祠，五祀之祭就是在五帝祠举行的祭祀。自秦汉至明有五祀之祭。
最先立祠祭祀五帝的是秦襄公。他攻戎救周，列为诸侯，而居西部，自以为主少皞之神，遂作西畤，祠白帝。其牲用驹、牛、羊各一。后来秦国又分别建赤、黄、青帝畤。秦始皇一统天下后，每岁祠祷。用驹四匹，木禺龙栾车一驷（即用木头所做的龙四条），木禺车马一驷（用木头做的车马四辆），各按照四帝的颜色制作，还有黄犊、羊羔各四头以及皂币作祭品。汉初，汉高祖增立黑帝祠，用秦祭四帝的旧仪祭五帝。文帝时，增加祭祀五帝的祭品“路车”各一乘。武帝时，在祭五帝时获一有角之兽，象麟，于是荐五帝各加一牛，以燎。
秦汉之际开始，五方帝不但用来说明社会历史的变易和朝代更替，还用来解释时序的变迁。《礼记·月令》都以木、火、土、金、水说明季气的转移，将五帝取象于四时。《礼记·月令》云：“孟春之月……其帝太皞，其神句芒。孟夏之月……其帝炎帝，其神祝融……中央土……其帝黄帝，其神后土。孟秋之月……其帝少嗥，其神蓐收。孟冬之月……其帝颛顼，其神玄冥。”天子要在各帝所代表的气节来临之际举行祭礼。《礼记·月令》记其事说：“先立春三日，太史谒之天子曰：某日立春，盛德在木。天子乃齐（斋）。立春之日，天子亲率三公、九卿、诸侯、大夫，以迎春于东郊……先立夏三日，太史谒之天子曰：某日立夏，盛德在火。天子乃齐。立夏之日，天子亲率三公、九卿、大夫以迎夏于南郊……先立秋三日，太史谒之天子曰：某日立秋，盛德在金。天子乃齐。立秋之日，天子亲率三公、九卿、诸侯、大夫，以迎秋于西郊……先立冬三日，太史谒之天子曰：某日立冬，盛德在水。天子乃齐。立冬之日，天子亲率三公、九卿、大夫，以迎冬于北郊。”
最早祭祀五方帝的是东汉明帝。永平二年（59），明帝因为《礼记·月令》记有五郊迎气，遂兆五郊于洛阳四方。立春日迎春东郊，祭青帝句芒，东郊坛距城八里。立夏迎夏于南郊，祭炎帝祝融，南郊距城七里。先立秋十八日，迎黄帝于中兆，祭黄帝后土，中坛离邑五里。立秋日迎秋西郊，祭白帝蓐收，西郊距城九里。冬日迎冬北郊，祭黑帝玄冥，北郊距城六里。车旗服饰各从方色，此制颇为通行。其中祭黄帝的郊礼也专称“黄郊”。具体仪式是：立秋前十八日夜漏未尽五刻，“京都百官皆衣黄，迎气于黄郊，乐奏黄钟之宫，歌《帝临》，冕而执干戚，舞《云翘》、《育命》”（《后汉书·礼仪志》）。
西晋元康元年（291）新礼，以“五帝即上帝，即天帝也。明堂除五帝之位，惟祭上帝”。在这以前，“庚午诏书：明堂及南郊除五帝之位，惟礼天神，新礼奉而用之。”后太史令韩杨上书，“明堂及郊祀五帝如旧仪”（《晋书·礼志上》）。
北魏明元帝泰常三年（418），也曾行五郊礼。“泰常三年，为五精帝兆于四郊，远近依五行数，各为方坛四陛，□遗三重，通四门。以太皞等及诸位随配，侑祭黄帝，常以立秋前十八日。余四帝，各以四立之日”（《魏书·礼志》）。
南北朝和隋代的郊迎制度相循，在四立之日及季夏，各于其方的近郊为兆，迎其帝而祭之：“春迎灵威仰者，三春之始，万物禀之而生，莫不仰其灵德，服而畏之也。夏迎赤熛怒者，火色熛怒，其灵炎至明盛也。秋迎白招拒者，招集，拒大也，言秋时集成万物，其功大也。冬迎叶光纪者，叶抬，光华，纪法也，言冬时收拾光华之色，伏而藏之，皆有法也。中迎含枢纽者，含容也，枢机有开阖之义，纽者结也。言土德之帝，能含容万物，开阖有时，纽结有法也。然此五帝之号，皆以其德而名焉。梁、陈、后齐、后周及隋，制度相循，皆以其时之日，各于其郊迎。”（《隋书·礼仪志二》）《隋书·礼仪志二》记隋郊坛情况：“隋五时迎气。青郊为坛，国东春明门外道北，去宫八里，高八尺。赤郊为坛，国南明德门外道西，去宫十三里，高七尺。黄郊为坛，国南安化门外道西，去宫十二里，高七尺……”因离皇宫较远，皇帝较少亲祠，往往由贵臣礼官摄行。
唐武德和贞观礼制规定，每岁立春、立夏、季夏、立秋、立冬都要行郊礼。每郊一帝，均用犊牛一头，笾豆各四，簠簋甑俎各一。《大唐开元礼·吉礼》所规定的皇帝季夏土王日祀黄帝于南郊之礼仪是：
第一，斋戒。前祀七日平明，太尉誓百官于尚书省曰：某月某日祀黄帝于南郊，各扬其职。不供其事，国有常刑。皇帝散斋四日，致斋三日，如圜丘之仪。凡预祀之官散斋四日，致斋三日（散斋皆于正寝，致斋二日于本司，一日于祀所，若无本司皆于祀所）。近侍之官应从升者及从祀群官、诸方客使各于本司及公馆清斋一宿。凡散斋是事如旧，惟不吊丧问疾、不作乐、不判署刑杀文书、不行刑罚、不预秽恶，致斋惟祀事得行，其余悉断。其祀官已斋而阙者通摄行事。诸祀官致斋之日给酒食及明衣，各习礼于斋所。光禄卿监取明水火（太官令取水于阴鉴，取火于阳燧，火以供爨，水以实樽）。前祀一日，诸卫令其属未后一刻各以其方器守卫□门，与太乐工人俱清斋一宿。
第二，陈设。前祀三日，尚舍直长施大次于外□东门之内道北，南向，尚舍奉御铺御座，卫尉陈馔幔于内□东门之外道南，北向。设文武侍臣次，又设祀官及从祀群官诸州使人蕃客等次。前祀二日，太乐令设宫悬之乐于坛南内□之内。设歌钟歌磬于坛上，各如圜丘之仪。右校扫除坛之内外，郊社令积柴于燎坛（其坛于乐悬之南，外□之内），方一丈，高一丈二尺，开上，南出户，六尺。前祀一日，奉礼设御位于坛之东，西向。设望燎位于柴坛之北，南向。设祀官公卿位于内□东门之外道南，分献之官于公卿之南，执事者位于其后，每等异位，重行，西向。令史各陪其后。设奉礼位于乐悬东北，赞者二人在南差退，俱西向。设协律郎位于坛上南陛之西，东向。设太乐令位于北悬之间，北向。设从祀之官文官九品已上于执事之南，东方、南方蕃客又于其南，俱每等异位，重行，西向，北上；□公、介公位于内□西门之外道南，武官九品已上于□公、介公之后，西方、北□方蕃客位于其南□，俱每等异位，重行，东向，北上（其褒圣侯于文官三品之下，诸州使人分方各位于其后）。又设祀官及从祀群官等门外位于东西□门之外道南，皆如设次之式。设牲□于东□之外，当门西向；配帝牲□少退，南上。设廪牺令位于牲西南，史陪其后，俱北向。设诸太祝位于牲东，各当牲后，祝史陪其后，俱西向。设太常卿省牲位于牲前近北，南向。设黄帝酒樽于坛之上下，太樽二、著樽罍二、牺樽二、山罍二，在坛上，于东南隅，北向；象樽二、壶樽二、山罍二，在坛下，皆于南陛之东，北向，西上。设配帝著樽二、牺樽二、象樽二、山罍二，在坛上，于黄帝之酒樽东，北向，西上；镇星、后土氏俱象樽二，各设于神座之左，皆右向（黄帝、配帝之樽置于坫，星辰以下樽藉以席，皆加勺幂，设爵于樽下）。设御洗于坛南陛东南，亚献之洗又于东南，俱北向，罍水在洗东，篚在洗西南肆（篚实以巾爵）。设星辰以下罍洗篚幂各于其方陛道之左，俱内向，执樽罍篚幂者各位于其后。又设玉币之篚于坛之上下樽罍之所。祀日未明五刻，太史令、郊社令升设黄帝含枢纽神座于坛上北方，南向，席以蒿秸；设帝轩辕氏神座于东方，西向，席以莞；设镇星、三辰之座于东北，设后土氏之座于坛之东南，西向，席皆以莞。设神位各于座首。
第三，省牲器。省牲之日午后十刻，去坛二百步所，诸卫之属禁断行人。晡后二刻，郊社令帅府史二人及斋郎以樽坫罍洗篚幂人设于位。晡后三刻，诸太祝与廪牺令以牲就□位，谒者引太常卿，赞引引御史诣坛东陛，升视涤濯于上（于视濯执樽者皆举幂告洁），讫引太常卿降复位。谒者进太尉之左，白请就门外位。谒者赞引各引祀官以下就门外位，谒者引太常卿就省牲位，南向立。廪牺令少前曰：请省牲。退复位，太常即省牲。廪牺令又前北面举手曰：充。俱还本位，诸太祝各循牲一匝。西向举手曰：充。俱还本位。诸太祝与廪牺令以次牵牲诣厨，授太官令。谒者引光禄卿诣厨省鼎镬，审视濯溉，谒者赞引各引官御史就厨省馔具讫，还斋所。祀日未明十五刻，太官令帅宰人以鸾刀割牲，祝史以豆，取毛血，各置于馔所，遂烹牲。
第四，銮驾出宫（如圜丘之仪）。
第五，奠玉帛。祀日未明三刻，诸祀官各服其服，郊社令、良酝令各率其属人实樽罍玉币（凡六樽之次，太樽为上，实以□齐，著樽次之，实以醴齐；牺樽次之，实以盎齐；象樽次之，实以醍齐；壶樽次之，实以沉齐；山罍为下，实以清酒。配帝著樽为上，实以沉齐；牺樽次之，实以醴齐；象樽次之，实以盎齐；山罍为下，实以清酒。其镇星、后土氏之象樽，俱实以醍齐。玄酒各实于五齐之上樽。礼神之玉以黄琮，其币各以黄）。太官令帅进馔者实诸笾豆簠簋入设于内□东门之外馔幔内。未明二刻，奉礼帅赞者先入就位，赞引引御史、博士、诸太祝及令史、祝史与执樽罍篚幂者人自东门，当坛南，重行，北面，西上，立定。奉礼曰：再拜。赞者承传（凡奉礼有辞赞者皆承传），御史以下皆再拜讫，执樽罍篚幂者各就位，赞引引御史诸太祝诣坛东陛，升行扫除于上，令史、祝史行扫除于下讫，各引就位。驾将至，谒者、赞引各引祀官，通事、舍人分引从祀诸官、诸方客使先至者就门外位。驾至大次门外，迥辂南向，将军降立于辂右，侍中进当銮驾前，跪奏称：侍中臣某言请降辂，□伏兴，还侍位，皇帝降辂之大次。通事、舍人各引文武五品以上从祀之官皆就□外位。太乐令帅工人二舞次人就位，文舞人陈于悬内，武舞立于悬南道西。谒者引司空人行扫除讫，出复位。皇帝停大次半刻顷，通事、舍人赞引各引从祀群官、介公、□公、诸方客使先入就位，太常博士引太常卿立于大次门，当门北向、侍中版奏外办，皇帝服大裘而冕出次，华盖侍卫如常仪。博士引太常卿，太常卿引皇帝（凡太常卿前导皆博士先引），至内□门外，殿中监进大□，尚衣奉御，又以镇□授殿中监，殿中监受进，皇帝□大□，执镇□，华盖仗卫停于门外，近侍者从人如常。谒者引礼部尚书、太常少卿陪从如常。皇帝至版位，西向立（每立定太常卿博士，即退立于左），谒者、赞引各引祀官次入就位立定。太常卿前奏称：请再拜。退复位。皇帝再拜。奉礼曰：众官再拜。众官在位者皆再拜（其先拜者不拜）。太常卿前奏：有司谨具请行事。退复位。协律郎跪□兴举麾（凡取物者皆跪倪伏而取以兴，奠物则奠讫枕伏而后兴），鼓柷奏宫音，乃以黄钟之均，文舞之舞，乐六成，偃麾戛□，乐止。太常卿前奏：再拜。退复位。皇帝再拜。奉礼曰：众官再拜。众官在位者皆再拜。上下诸太祝俱取玉币于篚，各立于樽所，太常卿引皇帝，《太和》之乐作，皇帝诣坛升自南陛，侍中、中书令以下左右卫量人从升坛。皇帝升坛，北向立，乐止。太祝加玉于币以授侍中，侍中奉玉帛，东向进，皇帝□镇圭，受玉帛，登歌作《肃和》之乐，以大吕之均。太常卿引皇帝进，北面跪奠于黄帝含枢纽神座前，伏兴。太常卿引皇帝少退，北向再拜讫。太常卿引皇帝立于西方，东向。又太祝以币授侍中，侍中奉币北面进，皇帝受币。太常卿引皇帝进，东而跪奠于帝轩辕氏神座，□伏兴。太常卿引皇帝少退，东向再拜讫，登歌止。太常卿引皇帝，乐作，皇帝降自南陛，还版位，西向立，乐止。皇帝初奠配帝之币，星辰以下，诸祝各以币进奠于神座、还樽所。初群官拜讫，祝史各奉毛血之豆立于门外，于登歌止，祝史奉毛血人各由其陛升，诸太祝迎取于坛上，俱进奠于神座前。诸太祝与祝史退立于樽所。
第六，进熟。皇帝既升奠玉帛，太官令帅进馔者奉馔陈于内□门外，谒者引司徒出诣馔所，司徒奉天帝之俎。皇帝既至位，乐止，太官令引馔人俎，初入门，《雍和》之乐作，以黄钟之均，馔至阶，乐止。祝史俱进跪彻毛血之豆，降自东陛以出，黄帝之馔升自南陛，配帝之馔升自东陛，诸太祝迎引于坛上，各设于神座前（笾豆盖幂先彻乃升，簠簋既奠却盖于下）。设讫，谒者引司徒、太官令帅进馔者俱降自东陛以出，司徒复位，诸太祝各还樽所。又进设星辰以下之馔，相次而毕。太常卿引皇帝诣罍洗，乐作，皇帝至罍洗，乐止。侍中跪取□，兴沃水，又侍中跪取盘，兴承水进，皇帝盥手，黄门侍郎跪取巾于篚，兴进，皇帝帨手讫，黄门侍郎受巾，跪奠于篚，遂取匏爵于篚，兴皇帝受爵，侍中酌罍水，侍中奉盘，皇帝洗爵，黄门侍郎又授巾，皆如初。皇帝拭爵讫，侍中奠盘□，黄门侍郎受巾奠于篚，皆如常。太常卿引皇帝，乐作，皇帝诣坛，升自南陛，乐止。谒者引司徒升自东陛，立于樽所，斋郎奉俎从升，立于司徒之后。太常卿引皇帝诣黄帝酒樽所，执樽者举幂，侍中赞酌□齐讫，《寿和》之乐作。太常卿引皇帝进黄帝含枢纽神座前，北向跪奠爵，□伏兴，太常卿引皇帝少退，北向立，乐止。太祝持版进于神座之右，东向跪读祝文曰：“维某年岁次月朔日，子嗣天子臣某敢昭告于黄帝含枢纽：爰兹溽暑，实惟土润，戊己统位，黄钟在宫，敬以玉帛牺齐粢盛庶品，恭备燔祀，式虔厚德，帝轩辕氏配神作主。尚飨。”讫，兴，皇帝再拜。初读祝文讫，乐作，太祝进跪奠版于神座前，兴还樽所，皇帝拜讫，乐止。太常卿引皇帝诣配帝酒樽所，执樽者举幂，侍中取爵于坫进，皇帝受爵，侍中赞酌□齐讫，乐作，太常卿引皇帝进帝轩辕氏神座前，东向跪奠爵，□伏兴，太常卿引皇帝少退，东向立，乐止，太祝持版进神座之右，北面跪读祝文曰：“维某年岁次月朔日，子嗣开元神武皇帝臣讳敢昭告于帝轩辕氏：时维季夏，位膺土德，式奉明禋于黄帝含枢纽。惟帝功施厚地，道合上玄，谨以制币牺齐粢盛庶品，肃陈明荐，作主配神。尚飨。”讫，兴，皇帝再拜。初读祝文讫，乐作，太祝进跪奠版于神座，兴还樽所，皇帝拜讫，乐止。太常卿引皇帝进黄帝神座前，北向立，乐作，太祝各以爵酌上樽福酒合置一爵，一太祝持爵授侍中，侍中受爵，西向进，皇帝再拜，受爵跪祭酒，啐酒奠爵，□伏兴。太祝各帅斋郎进俎，太祝减神前胙肉加于俎，以胙肉共置一俎上。太祝持俎以授司徒，司徒奉俎西向进，皇帝受以授左右，谒者引司徒降复位。皇帝跪取爵，遂□饮卒爵。侍中受爵以授太祝，太祝受爵复于坫。皇帝□伏兴，再拜，乐止，太常卿引皇帝，乐作。皇帝降自南陛，还版位，西向立，乐止，文舞出，鼓柷作《舒和》之乐，出讫，戛□乐止，武舞人，鼓柷作《舒和》之乐，立定，戛□乐止。
