东晋南北朝时期，在所设立的州郡当中，还出现了一种特殊的情况，即两州为同一刺史，并且两州同治一地，或两郡为同一太守，并且两郡合治一地。这样的州郡即被称为双头州郡。在当时，双头州的设立较少，双头郡的建置则较多。
一般认为，双头州郡开始出现在东晋时期。在《晋书·毛璩传》中可以看到这样的记载，东晋孝武帝太元中，毛璩担任了谯、梁二郡的内史，安帝时又任宜都、宁蜀二郡的太守，与他同时，文处茂出任了巴西、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、略阳武都太守。可见，双头州郡在孝武、安帝时期已经是很普遍的现象了。
之所以会在东晋南北朝时期出现这种情况，并不是出于兼职的考虑，而是因为当时土地荒芜，民户稀少，或者是土地已落入敌国手中，却又不愿对政区进行省并，所以采取了硬是将二郡合为一个太守，二州合为一个刺史的做法。不过，这还不足为怪，更令人奇怪的是，在双头郡中居然会有两郡一共只辖有一县的情况发生。如果一郡只辖有一县，已经是很不正常的事情了，这样的郡完全已没有存在的必要了，而这种两郡才只辖一县实在是政区的一种畸形发展。我们在北魏所设立的双头郡中，就可以找到这种实例，当时新蔡、南陈留二郡便仅辖有阳（今安徽临泉西）一县。
双头州郡存在的形式，大致有以下三种：一是侨州郡寄治于实土州郡。如东晋、宋时的青、冀二州，同治在东阳城（今山东青州北）；南朝齐、梁的东莞、琅二郡，同治在朐山（今江苏连云港旧淘洲）。二是两个侨州郡同治一地。如宋的清河、广川二郡，它们是冀州侨郡，同治在盘阳城；青、冀二侨州，一同治于郁州。三是两个实土郡同治一地。这种情况只出现在双头郡当中。如宋的汝南、新蔡二郡，同治在汝南郡上蔡县的悬瓠城（今河南汝南）。
双头州郡大多设立于东晋南朝的北部边地，北朝沿袭的是南朝的旧制。从地理分布上来看，从今天的四川中部、陕西南部，一直到淮水南北及山东西部，都可以找到双头州郡的踪迹。据学者们的研究统计，在东晋南朝一共出现过双头州9个，双头郡70多个。它们中的大多数变化十分频繁，如有的双头州郡的治所时常发生迁徙，而有的两州或两郡又会发生分开或者合并的现象。等到隋朝统一全国，将侨州郡县全部撤除，双头州郡也就随之不再存在了。