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阳西周时，境域属青州。[1]

春秋时属鲁国，鲁成公九年，在今县西北建中城邑。

战国时属楚国。

秦统一中国后，初属薛郡，后改属郯郡。

西汉景帝封卫绾于建陵，在境内首立侯国，建陵今属新沂市。

西汉武帝时，始设厚丘县，隶属东海郡。县治厚镇，前有丘陵盆地，后有厚镇河，故名厚丘县。

汉成帝封楚孝王四子为阴平侯，阴平始为侯国。东汉除侯国，置阴平、建陵二县。

三国时魏黄初年间，立东海国，领厚丘、阴平、建陵等11县。西晋武帝裁阴平县，封鲁芝于阴平。阴平由县变为采邑。

南朝宋文帝元嘉四年（427年）省厚丘，并入襄贲，另置僮县，隶属南下邳郡。刘宋势力在南方，故僮县为侨县。

宋孝武帝大明四年（460年），南下邳郡并入南彭城郡，僮县遂属南彭城郡。境内古有潼水故以僮名县。南齐复置厚丘县，寻废，置僮县。

袁枚手植藤梁武帝天监五年（506年），废僮县，置僮阳郡。

普通五年（524年），裴邃攻克北魏建陵城，省建陵县。

东魏孝静帝武定七年（549年），改僮阳郡为沭阳郡，兼置下城、临渣、服武、怀文等4县，隶属沭阳郡，复置建陵县。东魏还置临沭郡并县，寻废。

陈宣帝太建五年（573年），命吴明徵、裴忌领兵10万进攻江北，击溃北齐，占领沭阳郡，下城、临渣、服武三县并入怀文县。

北周建德七年（578年），改怀文县为沭阳县，县名沿用至今。因治所位于沭河北岸，故名。北周废建陵县。隋文帝开皇年间废沭阳郡，县治迁入郡治，隶属海州。

隋炀帝大业十三年（617年），土人反，改沭阳为沭州。

唐高祖武德年初，复置厚丘县，八年（625年）省，入沭阳县。

唐高宗总章元年（668年），沭阳改属泗州。咸亨五年（674年），还属海州。五代、宋、元依唐制。

明洪武年间，沭阳从海州析出，隶属淮安府。

清代顺治、康熙两朝沿袭明制，清世宗雍正二年（1724年），改属海州。

沭阳行政(2)民国2年（1913年），属徐海道。

民国17年至37年，属东海专员公署、徐海行政公署。

民国29年（1940年）秋，中共淮海地委对境内区划作较大变动。淮沭路以西、沭河以南，与泗阳部分地区合并，设泗沭县抗日民主政府；县西北置潼阳县抗日民主政府；县北与东海铁路南地区合并，建立东海县（铁路南）抗日民主政府；县东和柴米河以北，划归灌云县抗日民主政府。所置县皆隶属淮海区专员公署、行署。

1945年8月至1949年5月，沭阳属苏皖第六行政区。

1949年5月，撤销东海（铁路南）、潼阳、泗沭县，原辖区划归沭阳，宿迁部分辖区划给沭阳，隶属淮阴行政专员公署。

1983年，实行市管县，属淮阴市。

1996年8月，沭阳隶属新成立的地级宿迁市。

2011年，列为江苏省直管县三个试点之一，但是行政以及人事等仍归属宿迁市统筹。