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元时期，我国的疆域有了更明确的记载。如《元代疆域图叙》记载元代疆域：“北至于北海，西至于西海，南至于南海”[9]。元时期，我国史书中多次记载了 “海外诸国”，此时的“海外诸国”是指南海以外的“须门那”（ 古国名，为在今印度卡提阿瓦半岛南部的松纳特）、“马八儿”（ 古国名，即又注辇国，位于今南印度一带）、“马兰丹”（ 印度尼西亚苏门答腊岛）、“苏木都刺”（ 古国名，其意为“海”．其故址位于今天的印度尼西亚苏门答腊北部）等国，位于南沙群岛以南，说明元代疆域包含了南沙群岛在内的整个南海诸岛。
《元史》中记载了元朝海军巡辖了南沙群岛。元军“过七州洋、万里石塘……入混沌大洋、橄榄屿、假里马答、勾栏等山，驻兵伐木,造小舟”[10]。《元史》中还有史弼过“七洋洲”、“万里石塘”的记载。说：“至元二十九年，十二月，弼以五千人，合诸军，发泉州。风急涛涌，舟掀簸，士卒皆数日不能食，过七洲洋、万里石塘，历交趾、占城界”[11]。水师到达的“万里石塘”就是今天的南沙群岛。
明代海寇众多，活动频繁，严重威胁了我国南部疆域的安全，明政府设重兵于海南岛的万州，派水军巡视南沙群岛。黄佐的《广东通志》这样记载：“海寇，有三路，设巡海备倭官军以守之，春末夏初，风讯之时，督发兵船出海防卫，中路自东莞县南头城，出佛堂门、十字门，至鸟潴、独潴、七洲三洋，至昆仑洋”[12]。文中的昆仑洋便是指南沙群岛及其航海危险区。巡辖整个南海诸岛的任务则由海军所管辖，这充分表明南沙群岛属于明代版图，南沙群岛作为我国的海防区域有着重要作用。
明代是我国对海洋探索的一个重要时期。最突出的历史事件是1405年—1433年郑和先后七次下西洋，是世界航海史上的壮举。郑和下西洋是在明成祖朱棣的支持下进行的，目的是宣扬国威，为其航程打上了国家的烙印。1621年，茅元仪所著《武备志》中绘有《郑和航海图》。在航海图上，清晰的绘制了航海过程中所遇到的岛屿、山脉、海岸线、浅滩、珊瑚礁等地，明确的标明了“石塘”、“万生石塘屿”、“石星石塘”等地为中国辖区，其中的“万生石塘屿”便是指南沙群岛（图三）。此外，明朝绘制的《混一疆理历代国都之图》中也标明了“石塘”的地理位置。
《广东通志初稿》是广东最早的一部省志，绘制了各府州的地图，其中《琼州府地理图》标注了海南卫、沿海巡司的位置，注明“外连大海，直抵诸蕃”，表明我国南海疆域的广阔无垠。此外，还有《廉州府地理图》、《琼州府舆地图》、《琼州府地图》、《琼台志》等记载了我国南疆的情况。这些官修方志地图，代表了明代政府海洋意识的逐渐加强。
明朝，我国在世界的影响力逐步加强，被外国人称之为“大明国”，连带着我国的南海也被称为“大明海”。1623年龙华民与泰西耶稣会士阳玛诺制作的《地球仪》中，在南沙群岛的范围上，写下了“大明海”三个大字，可见南沙群岛在明朝时期属于我国疆域之内。
20世纪70年代，厦门大学南洋研究所对南沙群岛进行了实地的考察，在南薰礁出土的唐代开元通宝、宋代瓷器等物（图二），发现在南威、中业、太平等岛屿上有明朝渔民建立的庙宇、水井、石碑等，表明最晚至明代，我国已有居民在南沙群岛生活过。
从以上的论述中，我们可以了解到，从唐朝至明朝时期，我国政府对南沙群岛进行了持续、稳定的管辖，管辖的依据是设立隶属的府县，管辖的方式便是海军巡视。