在孝文帝定都平城后期，就佛教来说，非常注重义学和义理，所以这时流行《维摩诘经》、《法华经》、《涅槃经》等大乘佛教思想的佛经，在北魏境内得以流行。
孝文帝时期广建佛寺，平城内外佛寺非常兴盛，见于文献的佛寺，著名的有思远佛寺、报德寺、永宁寺等。所以云冈后期出现了洞窟形制的改变，应该是依照当时平城的寺院，而当时平城的寺院是仿造汉族传统形式修建的，石窟形象的改革反映佛寺形象的改变。
这个时期题材多样化，形象趋于清新，造型趋于典雅，表明汉化因素的增长和西方因素的削弱。就当时政治形势来说，孝文帝时期可以说是魏政权最稳定最兴盛的时期。这多种因素的综合和影响，也就产生了晚期样式。
云冈晚期石窟开凿时间为494年至524年，主要分布在第二十窟以西，还包括第四窟、第十四窟、第十五窟和第十一窟以西崖面上的小龛。约有200余窟中小型洞窟。
孝文帝迁都洛阳后，尽管政治、经济中心南移，平城作为北都，仍是北魏佛教要地。这时大窟减少，中、小型窟龛从东往西布满崖面。下限时间定在524年，根据《金碑》记载，云冈造像铭记最晚一例是525年。《金碑》所记载有关云冈的史料是可靠的，当为信史。
迁都洛阳后，司州改为恒州，代尹为代郡太守，新置了平城镇。平城地区系州、郡、镇三级治所所在地。另外鲜卑拓跋部是游牧民族，习惯比较凉爽的气候，洛阳的气候比较热，北魏的皇室贵族不大习惯。所以迁都后，孝文帝下令“冬朝京师，夏归部落”。
虽然迁都了，平城和洛阳往来还是很频繁的，平城没受到太大的冷落。平城的经济实力和造像实力也未遭到削弱，因为直至迁都洛阳为止，平城已有30余年开窟的历史，培养了一大批娴熟的造像力量，积累了相当丰富的开窟造像的技能经验。
对开窟者来说，主要是没有随皇室迁都洛阳的贵族官僚或虽迁到洛阳但夏季仍回平城度假的官僚，官职不高，中下级为主，包括一般的佛教徒。
迁都后，首先的任务是先建宫殿，佛寺的建筑还无暇顾及。文献记载，孝文帝迁都洛阳初期，城里只保存了一座永宁寺，城郭内保存了一座尼寺。说明这时候佛教中心仍在平城，孝文帝时龙门石窟造像主要是古阳洞一带。
到了孝明帝时期，他的祖母灵太后胡氏掌握了主要政权，这时洛阳佛寺急剧增加，平城云冈造像开始衰落。云冈晚期石窟形制特点是洞窟大多以单窟形式出现，不再成组；内部更为方整、规制；造型更趋消瘦，坐佛下摆褶纹日趋重叠、繁褥；佛龛的装饰也更为复杂，龛楣、帐饰更为多变。
佛像和菩萨面形消瘦、长颈、肩窄而且下削，这种造像后来发展为“秀骨清像”，成为北魏后期佛教造像显著特点。尽管这种像大量出现在龙门，但它的酝酿形成是在云冈晚期。
新的装束是上穿短衫、帔帛呈“X”形交叉穿璧，这种形式成为北朝后期菩萨装的代表。交叉穿璧式菩萨最早出现在云冈晚期；而飞天的服饰基本同以前一样，但早、中期飞天露脚，晚期不露脚。
这一时期多为中小型洞窟，类型繁杂，式样变化迅速，流行千佛洞、塔洞、三壁三龛式或四壁重龛式洞窟，窟门外出现雕饰。造像内容趋于简单化，形式趋于程式化。三壁三龛式窟的北壁主要题材多为释迦多宝。四壁重龛式窟北壁上为弥勒，下为释迦。
云冈石窟第四窟处于第三窟西侧一个不太引人注意的斜坡上，是一个拱门两个明窗，拱门居中，明窗两肩，走进第四窟一看就能知道，此窟造到中途而停止，整个洞窟并未完工。
从洞窟的形制看，第四窟也该属“塔庙窟”。中央雕琢方形立柱，南北两面各雕六佛像，东西各雕三佛像，东壁交脚弥勒像保存比较完整。
第四窟据考证是云冈现存纪年最晚的造像，520年至524年开凿，是第一窟至第十三窟之间仅有的晚期大窟。只是该窟造像风化严重，已无多大欣赏、研究价值。
云冈西部窟群包括云冈石窟西部第二十一窟至第四十五窟，以及一些未编号的小窟小龛。大多属于494年以后的作品。其特点是不成组的窟多，中小窟多，作为补刻的小龛多。
这一时期的造像多为瘦骨清相，衣纹下部褶纹重叠，神态文雅秀丽，藻井中飞天飘逸洒脱，具有浓厚的汉化风格，与“龙门期”雕琢十分接近。
自第二十窟以后，是为云冈的第三期工程。云冈石窟的后期，一般是指494年孝文帝迁都洛阳以后至525年，总共31年。这一时期的洞窟形制小而杂、自由而灵活，没有统一的规划和安排，大多因地制宜，但正因这后期工程，才将云冈的东部区、中部区、西部区结成一体，使之成为一条1千米长的石窟群带。
一代代一批批高僧凭他们的精工匠艺，共同设计、共同制作，创造出云冈石窟一座座旷世无双的佛国天堂。北魏以后，云冈石窟衰落了，梵音唱晚之声，再没有越过雁门山峦。