สมัยขอมเรืองอำนาจ เมืองนางรองหรือแคว้นพนมโรงเป็นที่อยู่ของชนชาติขอม ขอมได้ปกครองดินแดงส่วนนี้เป็นเวลานาน ได้พบซากเมืองโบราณที่แสดงว่าขอมมีอำนาจแถบนี้เป็นระยะ ๆ จากปราสาทหินพิมายและปราสาทหินพนมรุ้ง โบราณวัตถุที่ค้นพบเก่าแก่ที่สุดคือ เทวรูปต่าง ๆ และหม้อน้ำดินเผาโบราณแบบขอม เมื่อขอมเสื่อมอำนาจลงแล้ว มอญก็เข้ามามีอำนาจในดินแดนแถบนี้ ทำให้เกิดชนชาติใหม่ขึ้นคือ ขอม มอญ เป็น เข-มอญ หรือเขมร ซึ่งก็คือขอมนั่นเองแต่มีเชื้อผสมระหว่างมอญกับขอม[ต้องการอ้างอิง]

ต่อมาเมื่อมอญเสื่อมอำนาจลง ไทยจึงได้แผ่อาณาเขตเข้าครอบครองดินแดนแถบนี้ต่อไป การแผ่อาณาเขตของไทยในดินแดนแถบนี้ จะเห็นได้ว่ามาจาก 2 ทางคือ ทางนครราชสีมาและทางหลวงพระบาง แต่ไม่มีหลักฐานว่ามาครั้งใด สันนิษฐานว่าไทยคงจะเข้าครอบครองดินแดนแถบนี้ในสมัยกรุงสุโขทัยหรือกรุงศรีอยุธยาตอนต้น หลักฐานพอจะอ้างอิงได้คือ พระพุทธรูปโบราณที่ขุดพบ ส่วนมากเป็นพระพุทธรูปสมัยลพบุรี เมื่อไทยได้เข้าครอบครองดินแดนส่วนนี้ จึงตั้งศูนย์กลางปกครองที่เมืองนางรอง มีเจ้าเมืองปกครองติดต่อกันมาโดยตลอด สมัยกรุงศรีอยุธยา ดินแดนแถบเมืองนางรอง เมืองตลุง (อำเภอประโคนชัยในปัจจุบัน) เมืองบุรีรัมย์ เมืองพุทไธสง ต่างก็มาขึ้นกับกรุงศรีอยุธยา โดยขึ้นกับข้าหลวงใหญ่ที่นครราชสีมา ซึ่งเป็นข้าหลวงต่างพระองค์โดยตั้งเมืองชั้นจัตวา เมืองนางรองเป็นหัวเมืองชั้นเอก

หลังกรุงศรีอยุธยาแตกครั้งที่ 2 แล้ว คนไทยผู้มีอำนาจต่างก็ตั้งตนเป็นก๊กเป็นเหล่า ปกครองตนเองเพื่อจะกอบกู้เอกราช ครั้งแรกเจ้าเมืองนางรองได้เข้าร่วมกับก๊กกรมหมื่นเทพพิพิธ เจ้าเมืองพิมาย ต่อมาพระเจ้าตากสินได้รวบรวมกำลังทำการปราบก๊กต่าง ๆ จนสำเร็จ และได้ยกกองทัพมาปราบก๊กเจ้าเมืองพิมายจนได้รับชัยชนะ เจ้าเมืองนางรองเห็นว่าก๊กเจ้าเมืองพิมายพ่ายแพ้แล้ว จึงได้แยกตัวออกไปร่วมกับเจ้าเมืองจำปาศักดิ์

หลังจากพระเจ้าตากสินได้ปราบปรามหัวเมืองต่าง ๆ จนราบคาบแล้ว จึงปราบดาภิเษกขึ้นเป็นกษัตริย์และตั้งกรุงธนบุรีเป็นราชธานี ต่อมาในปี พ.ศ. 2332 เจ้าเมืองนางรองได้คบคิดกับเจ้าโอ เจ้าอิน เจ้าเมืองจำปาศักดิ์แข็งเมืองไม่ขึ้นต่อกรุงธนบุรี พระเจ้ากรุงธนบุรีจึงโปรดเกล้าฯ ให้พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลก ในขณะนั้นทรงดำรงตำแหน่งเป็นเจ้าพระยาจักรีมาปราบ พระยานางรองถูกเจ้าเมืองนครราชสีมาจับตัวได้ และถูกประหารชีวิตที่ต้นโพธิ์ [ต้นโพธิ์ดังกล่าวอยู่หน้าสนามโรงเรียนนางรอง (สังขกฤษณ์อนุสรณ์) ในปัจจุบัน] เมืองนางรองจึงได้ไปขึ้นต่อเมืองนครราชสีมา

เมื่อพระยานางรองถูกประหารชีวิตแล้ว ทางเมืองหลวงได้ตั้งนายปิ่นและนายมา บุตรพระยานางรองเป็นเจ้าเมืองนางรองปกครองต่อมาจนถึงพระวิเศษสงคราม (กฤษณ์ บุญญกฤษณ์) ลูกหลานของนายปิ่นได้เป็นเจ้าเมืองปกครอง เมื่อพระวิเศษสงครามสิ้นอายุแล้วพระนางรองภักดี (สุดใจ บุญญกฤษณ์) ซึ่งเป็นบุตรได้เป็นเจ้าเมืองแทน ต่อมาพระนางรองภักดีถูกจับในข้อหาฆ่าพ่อตา (หลวงอุดมพนาเวช ต้นตระกูลอุดมพงษ์) ทางเมืองนครราชสีมาจึงได้แต่งตั้งหลวงยกบัตร (ต้นตระกูลสุรัสวดี) มาเป็นผู้รั้งเมืองแทน ท่านผู้นี้ได้สร้างที่ทำการและที่พักขึ้น ณ ท้องสนามชุมพลบริเวณโรงเรียนบ้านนางรอง (ยุทธกาจราษฎร์วิทยาคาร) ในปัจจุบัน เป็นอันว่าเมืองนางรองสมัยมีเจ้าเมืองปกครองก็สิ้นสุดลงเพียงนี้

ในปี พ.ศ. 2435 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้โปรดเกล้าฯ จัดระบบการปกครองใหม่เป็น กระทรวง มณฑล ได้รวมเมืองนางรอง เมืองบุรีรัมย์ เมืองตลุง (อำเภอประโคนชัยในปัจจุบัน) เมืองรัตนบุรี เมืองพิมาย เมืองพุทไธสง เข้าเป็นเมืองเดียวกัน เรียกว่า "บริเวณนางรอง" มีพระนครภักดี (ทองดี) รักษาการแทนเจ้าเมืองนางรอง ต่อมาอาณาเขตของเมืองนางรองเปลี่ยนแปลงไปคือ เมืองรัตนบุรีไปขึ้นกับสุรินทร์ เมืองพิมายไปขึ้นกับนครราชสีมา แล้วจึงตั้งเมืองแป๊ะขึ้นเป็นจังหวัดเรียกว่า "จังหวัดบุรีรัมย์" เมืองนางรองจึงเป็นอำเภอหนึ่งของจังหวัดบุรีรัมย์