東晉南北朝時期，在所設立的州郡當中，還出現了一種特殊的情況，即兩州為同一刺史，並且兩州同治一地，或兩郡為同一太守，並且兩郡合治一地。這樣的州郡即被稱為雙頭州郡。在當時，雙頭州的設立較少，雙頭郡的建置則較多。
一般認為，雙頭州郡開始出現在東晉時期。在《晉書·毛璩傳》中可以看到這樣的記載，東晉孝武帝太元中，毛璩擔任了譙、梁二郡的內史，安帝時又任宜都、寧蜀二郡的太守，與他同時，文處茂出任了巴西、梓潼二郡的太守。另外，毛璩的弟弟毛瑾也曾任梁、秦二州的刺史、略陽武都太守。可見，雙頭州郡在孝武、安帝時期已經是很普遍的現象了。
之所以會在東晉南北朝時期出現這種情況，並不是出於兼職的考慮，而是因為當時土地荒蕪，民戶稀少，或者是土地已落入敵國手中，卻又不願對政區進行省並，所以采取了硬是將二郡合為一個太守，二州合為一個刺史的做法。不過，這還不足為怪，更令人奇怪的是，在雙頭郡中居然會有兩郡一共隻轄有一縣的情況發生。如果一郡隻轄有一縣，已經是很不正常的事情了，這樣的郡完全已沒有存在的必要了，而這種兩郡才隻轄一縣實在是政區的一種畸形發展。我們在北魏所設立的雙頭郡中，就可以找到這種實例，當時新蔡、南陳留二郡便僅轄有陽(今安徽臨泉西)一縣。
雙頭州郡存在的形式，大致有以下三種：一是僑州郡寄治於實土州郡。如東晉、宋時的青、冀二州，同治在東陽城(今山東青州北)；南朝齊、梁的東莞、琅二郡，同治在朐山(今江蘇連雲港舊淘洲)。二是兩個僑州郡同治一地。如宋的清河、廣川二郡，它們是冀州僑郡，同治在盤陽城；青、冀二僑州，一同治於鬱州。三是兩個實土郡同治一地。這種情況隻出現在雙頭郡當中。如宋的汝南、新蔡二郡，同治在汝南郡上蔡縣的懸瓠城(今河南汝南)。
雙頭州郡大多設立於東晉南朝的北部邊地，北朝沿襲的是南朝的舊製。從地理分布上來看，從今天的四川中部、陝西南部，一直到淮水南北及山東西部，都可以找到雙頭州郡的蹤跡。據學者們的研究統計，在東晉南朝一共出現過雙頭州9個，雙頭郡70多個。它們中的大多數變化十分頻繁，如有的雙頭州郡的治所時常發生遷徙，而有的兩州或兩郡又會發生分開或者合並的現象。等到隋朝統一全國，將僑州郡縣全部撤除，雙頭州郡也就隨之不再存在了。