在三叠纪之后，恐龙的演化随者植被与大陆位置的改变而变动。在晚三叠纪到早侏㑩纪期间，各主要大陆连接成一个超级大陆，盘古大陆（Pangaea）。这段时间的恐龙动物群主要由肉食性的腔骨龙超科、草食性的原蜥脚下目所构成。裸子植物（尤其是松柏目），在晚三叠纪开始辐射演化，是当时的可能食物来源之一。原蜥脚类恐龙的颚部只能撕咬下树叶，但不能做出复杂的嘴部动作，因此必须要借由其他的方式协助磨碎食物。
恐龙动物群维持了一段同质性，直到侏㑩纪中到晚期，此时的掠食性恐龙开始多样化，例如角鼻龙下目、棘龙超科、肉食龙下目，草食性恐龙则有剑龙下目、体型巨大的蜥脚下目。这段时间的著名地层有：北美洲的莫里逊组、坦桑尼亚的敦达古鲁地层。此时的中国地区，也呈现出多样性的恐龙，例如中华盗龙科、颈部极长的马门溪龙。甲龙下目与鸟脚下目开始普遍，而原蜥脚类恐龙则已灭绝。松柏目与蕨类成为最普遍的植物。蜥脚类恐龙与早期的原蜥脚类恐龙类似，嘴部无法做出复杂的动作。鸟脚类恐龙则发展出不同的处理植物方式，例如可将食物置在嘴中的两侧颊部，以及类似咀嚼的颚部动作。这段期间的另一个重要演化事件是鸟类的演化出现，它们是从虚骨龙类的手盗龙类演化而来。
到了早白垩纪，盘古大陆持续的分裂成各陆块，恐龙变得更多样化。甲龙类、禽龙类、腕龙科散布于欧洲、北美洲、以及北非。稍后，大型兽脚亚目恐龙，例如棘龙科、鲨齿龙科，以及蜥脚下目的雷巴齐斯龙科与泰坦巨龙类，占据者非洲与南美洲。在亚洲，手盗龙类的驰龙科、伤齿龙科、偷蛋龙下目成为常见的兽脚类恐龙，甲龙科与早期角龙下目（例如鹦鹉嘴龙）则是该地常见的草食性动物。在同一时期，澳大利亚则生存者原始的甲龙类、棱齿龙类、禽龙类。剑龙类则在早白垩纪到晚白垩纪之间灭绝。
早白垩纪发生了一件重大变化，开花植物出现在北美洲，并在晚白垩纪扩散分布。数群草食性恐龙发展出不同的方式以协助进食。角龙类发展出切割用的喙嘴，后方有众多咀嚼用齿系（Tooth batteries）；禽龙类也独自演化出咀嚼用齿系，并在鸭嘴龙科发展到极致。少部份蜥脚类恐龙也演化出齿系，雷巴齐斯龙科的尼日龙是最明确的证据。
晚白垩纪的恐龙通常分为三个动物群。在北半球的北美洲与亚洲，兽脚类恐龙主要有大型的暴龙科、以及众多的小型手盗龙类恐龙，优势草食性恐龙则由鸭嘴龙科、角龙下目、甲龙科、厚头龙下目所构成。南半球的冈瓦那大陆持续分裂中，阿贝力龙科是优势兽脚类恐龙，泰坦巨龙类则是优势草食性恐龙。在欧洲，凹齿龙科、结节龙科、泰坦巨龙类则是常见的恐龙。开花植物更为辐射演化，第一群禾本科（草）植物出现在白垩纪末期。鸭嘴龙科与甲龙下目在北美洲、亚洲发展至极度多样化。兽脚亚目也演化出草食性或杂食性的物种，镰刀龙超科与似鸟龙下目更为常见。
白垩纪-第三纪灭绝事件发生于白垩纪末期，接近6500万年前，造成所有恐龙的灭绝，以及鸟类的崛起。但仍有其他双弓动物在灭绝事件中存活下来，例如：鳄鱼、蜥蜴、蛇、喙头蜥、以及离龙类。
第一种恐龙的出现和狗一般大小，经过繁衍，形成了形态各异的庞大家族，其中一些猎食性恐龙身体逐渐变小，越来越像鸟累，骨骼中空，身体轻盈，脑颅膨大，行动敏捷，前肢越来越长，能像鸟翼一样拍打，体表长出美丽的羽毛，没有鳞片或鳞甲。有的为了躲避敌害或寻找食物到树上去生存，在树木之间跳跃、降落，具备了滑翔能力，后来也就能飞行了。另外，一种地面上有羽毛的恐龙在奔跑中也学会了飞翔，所以一支恐龙就演化成鸟类，飞向蓝天了。
其中，一些列食性恐龙的身体逐渐变，小越来越像鸟类骨骼中空，身体轻盈脑颅膨大行动，敏捷钱氏越来越长，能像鸟一样，拍打体表长出美丽的羽毛不再披着鳞片或鳞甲
其中，一些列食性恐龙的身体逐渐变，小越来越像鸟类骨骼中空，身体轻盈脑颅庞大行动，敏捷钱氏越来越长，能像鸟一样，拍打体表长出美丽的羽毛不再披着鳞片或鳞甲
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