西夏、元时期，共兴建和重建洞窟16个、使榆林窟出现了最后的兴盛局面。壁画题材主要有经变画、佛像画、供养人画像、装饰图案等几类。供养人画像中有人物和衣冠服饰迥异的党项羌、回鹘、蒙古族贵族官吏和侍从的画像。西夏早期壁画艺术与宋代壁画一脉相承，后期的第2、3、29窟与元代的第4、10窟等典型洞窟的壁画艺术表现了三种新风格：（1）中原绘画风格，人物衣冠如道教神仙，线描精致流畅，变化丰富，色彩清淡典雅，这是受宋辽影响而出现的新的艺术风格。（2）藏传密宗风格，人物比例适度，形象有明显的尼泊尔和印度的影响，线描圆润秀劲，设色冷峻浓艳，具有浓厚的神秘气氛。（3）西夏艺术风格。人物造型和服饰具有西夏的民族特征。第2窟水月观音图，第3窟文殊变、普贤变、西方净土变、千手千眼观音变。第4窟释迦、多宝曼茶罗、不空绢索曼茶罗等是代表这个时期高度艺术水平的作品。