秦始皇焚書後不到兩年，就爆發了中國歷史上第一次大規模的農民起義，推翻了秦王朝的統治。戰爭繼續發展，儘管當劉邦攻入咸陽時，蕭何盡收秦王朝的律令文書，但項羽在阿房宮的一把大火幾乎將留下的典籍焚燒殆盡。
漢朝建立初期，為了安定社會秩序，恢復和發展生產，由蕭何、張蒼、叔孫通等編纂了有關律令、禮儀、曆法等方面的官書。然而禁書令依然存在。直到漢惠帝四年(前191)才正式取消禁書令，使民間藏書成為合法。同時民間的學術文化氣氛逐漸濃了起來。民間藏在山洞、牆壁中的書籍開始陸續出現，私人著述也不斷問世，書籍也不斷增加。
漢武帝時(前140～前87)，第一次由政府下令在全國征集圖書。 《漢書·藝文志·序》載：“漢興，改秦之製，大收篇籍，廣開獻書之路。”漢武帝時“建藏書之策，置寫書之官，下及諸子傳說皆充秘府”。設置“太史公”，命天下計簿之書先上太史，副上丞相。元朔五年(前124)下令，丞相公孫弘設法多方面收集圖書，建築了藏書的館舍，置抄寫圖書的官吏，圖書不斷充實，總數達三萬三千零九十卷。為了適應高度集權的統一的中央王朝國家的需要，漢武帝把思想、文化、教育工作提到議事日程，接受了董仲舒“罷黜百家，獨尊儒術”的建議，加強了對思想、文化、教育的控制。他採取了一系列措施，尊崇儒家學說，設置五經博士，以儒家的經典教育人民，使儒家學說成為代表最高統治者的正統思想，成為封建社會的精神支柱。
成帝時，又命陳農為使，在全國范圍內收集圖書，使漢代藏書極為豐富。但由於古代圖書主要書寫在簡策上，貯藏時間久了自然容易散亂殘缺，因此成帝在命人收集圖書的同時又下令進行校理，由劉向主持開始了我國歷史上第一次由政府組織進行的古籍整理工作。
劉向首先把簡冊整編好，除去重複，相互補充，確定篇章和它的名目及先後次序，然後校正文字；對沒有書名或書名重的，還要命定書名，最後抄寫成定本。校定一本書後，再撰寫一篇敘錄，說明本書撰者的生平事蹟，全書內容大意及校對、繕寫情況等，奏請成帝過目。劉向又將各書的敘錄彙編成書，名為《別錄》，這是一部國家藏書的提要彙編。經過二十年時間，劉向終於完成了校書整理工作，一共整理了一萬三千二百六十九卷。劉向去世後，這一工作由其子劉歆繼任。劉歆根據劉向編的敘錄匯總起來，編成了第一部圖書分類目錄——《七略》。 《七略》將西漢政府藏書分為“六藝”、“諸子”、“詩賦”、“兵書”、“術數”、“方技”六略(大類)，其下又分成若干小類，如六藝略分為易、書、詩、禮、樂、春秋、論語、孝經、小學九種。六略各有大序，三十八個小類各有小序，分別闡述大、小類目的意義和學術源流、派別，叫做“輯略”，置於六略之前，以闡明六略的相互關係和書的用途，成為“六略之總最”。 《別錄》、《七略》到唐代就亡散了，但它的基本概貌被保留在東漢班固(32～92)所著的《漢書·藝文志》裡。
劉向、劉歆父子的主要貢獻在於，他們在科學地校理古代文化典籍的基礎上，開拓了我國校讎學和目錄學領域，他們所創立的分類體系奠定了封建時期圖書分類的基礎，對以後近兩千年的封建社會圖書分類和編目工作產生了極大影響。
兩漢的藏書，在王莽末年的戰亂中又遭受到一次摧殘。正如隋代牛弘所稱，是中國圖書的“二厄”，即第二次厄運。東漢光武帝劉秀統一中國時，宮廷尚存少量藏書，經過一番蒐集整理，至遷都洛陽時有書二千車。後來又經明帝、章帝幾十年的大力蒐集，才使國家藏書的石室、蘭台得到充實，後又在東觀和仁壽閣集藏新書，由校書郎班固、傅毅等掌管編目。
東漢官府藏書充實以後，沿著西漢的舊例不斷派員清理校點圖書。據記載，漢明帝時有班固、賈逵等在東觀校書。漢安帝時，劉珍、馬融等曾校書，蔡倫監典其事。漢順帝時，伏無忌與黃景曾校書。漢靈帝時，蔡邕等曾在東觀、蘭台校書。他們的校書活動，都涉及官府藏書的各部類圖書，並重新整理出定本，以作為儒生的標準讀物。著名的《熹平石經》就是蔡邕校書的成果之一。但到漢末，由於統治階級內部矛盾的尖銳，農民起義風起雲湧，軍閥割據，連年戰亂，使西漢以來建立的國家圖書再遭嚴重損失。特別是漢獻帝初年，董卓奉獻帝從洛陽遷都回長安，道途中典章文籍大量流失。隋代牛弘稱此為我國圖書史上第三次厄運。
東漢時期私人藏書也相當多。漢惠帝解禁書令後，使民間藏書得以合法，因此，私人藏書極為普遍。劉向校書時曾利用許多由私人藏書提供的本子。而東漢蔡邕有更多的私人藏書，蔡文姬回答曹操說：“昔亡父賜書四千餘卷”(《漢書·列女傳》)，足見其所藏之豐。
由於政治文化環境穩定，圖書需求量增大，西漢末年就開始出現“書肆”，出現了圖書的買賣。 《後漢書·王充傳》說，王充(27～97)遊洛陽書肆，閱所賣書，一閱就能誦憶，可見那時已有抄賣圖書的店鋪了。