Au Sud, la Haute-Lorraine comprenait les Ardennes, la haute vallée de la Meuse et la vallée de la Moselle. D’abord gouvernée par Bruno, frère d’Othon I°, elle fut attribuée en 965 à Frédéric d’Alsace, comte de Bar et beau-frère d’Hugues Capet. En 1033, Gothelon I°, déjà duc de Basse-Lorraine, réunit à ses possessions la Haute-Lorraine, qui en fut détachée en 1047 par l’Empereur Henri III et donnée à Albert, de la Maison des comtes de Metz. Le neveu d’Albert, Gérard d’Alsace, lui succéda en 1048 et devint le premier duc héréditaire de Lorraine de 1048 à 1070 ; c’est de lui qu’est issue la première Maison de Lorraine, qui devait régner jusqu’en 1431. A la fin du XII° siècle, quand les ducs de Basse-Lorraine prirent le titre de ducs de Brabant, la Haute-Lorraine conserva seule le nom de Lorraine. Vassaux de l’Empereur, les ducs de Lorraine virent leur autorité diminuée par leurs propres vassaux, tels que les comtes de Luxembourg et les comtes de Bar, mais aussi par les trois puissants évêchés de Metz, Toul et Verdun. L’affaiblissement du pouvoir impérial et les disputes entres grands féodaux permirent aux rois de France d’intervenir en Lorraine dès la seconde moitié du XIII° siècle. Philippe le Bel prit Toul sous sa protection en 1289 et 1300 et se fit reconnaître comme suzerain par le comte de Bar pour les territoires situés à l’Ouest de la Meuse en 1301. Au cours de la guerre de Cent Ans, les ducs de Lorraine et la Maison de Luxembourg apportèrent leur appui à la France. Les comtés de Luxembourg et de Bar furent érigés en duchés en 1354.

Charles II, mort en 1431, ne laissa qu’une fille, laquelle avait épousé en 1420 René d’Anjou, devenu duc de Bar en 1430, et qui succéda à son beau-père comme duc de Lorraine. Mais ses droits furent contestés par le comte de Vaudémont, qui le fit prisonnier à Bulgnéville en 1431. René ne fut relâché qu’en 1436, grâce aux Bourguignons, auxquels il dut faire d’importantes concessions territoriales. La menace bourguignonne fournit au roi de France le prétexte de nouvelles interventions, et Charles VII vint mettre le siège devant Metz en 1444-45. Charles le Téméraire fit la conquête de la Lorraine en 1475, mais l’indépendance du duché fut sauvée par la mort du duc de Bourgogne, près de Nancy en 1477. Dans la lutte entre la France et les Habsbourg, les ducs de Lorraine maintinrent leur neutralité et ils profitèrent des difficultés de l’Empereur pour faire reconnaître leur complète indépendance à l’égard du Saint-Empire par le traité de Nuremberg du 26 août 1542. Cependant la France occupa les trois évêchés de Metz, Toul et Verdun en 1552.