题主所列理由：“东汉南阳郡无论人口，经济还是面积，都是当时最大的郡，生产力也比较先进。当时很多州都没那么多人口。”因此认为南阳的规模达到了州的标准，所以有此疑问。这是非常好的问题。
回答这个问题，我们要先搞明白，为什么要设置“州”？
汉代的行政区划还是郡—县二级制的，而州只是一种监察区域，将固定的若干郡划定为一个区域，安排一个刺史常驻监察，这个区域叫做“州”。而刺史设置的初衷便是只负责监察，不负责行政。所以南阳郡户口跟人口再多，也跟刺史没多大关系，刺史如要过问，无非找一个南阳太守就行了。
因而，对刺史监察区域的划分，主要还是看刺史所监临郡的数量。如果有的州要监察二十多个郡，有的只要监察两三个郡，那么这样的划分肯定是不行的。
从表格可见，西汉初设州的时候，大体是依照这样的原则，刺史所察的郡数相差不是很大。南阳就入了荆州刺史部。
如果题主又硬要问：为啥当时南阳就不单独设刺史部，而要入荆州刺史部呢？
这个问题就要再往前推一步了。以上是汉武帝设的十三州部，但汉武帝所设其实也因循了文帝所创丞相史出刺郡国的旧制。
出督州为刺史的恰好是九人，我认为应该是参考了古九州的划分。而南阳就在古九州里的荆州。
那再往前追溯，九州是如何划分的呢？
古九州也不是行政区划，而是地域名称。简单来说可以理解为类似现在的七大洲概念，利用山川形势进行切割，依照地域物产进行分类，表示地域方位，并且各有自己独特的地域特点。
（虽然《尔雅》所述并非与古九州名称不完全一致，但意思差不多就这样，表示方位的。）
按照这样的标准，所以南阳就被划入了古荆州。汉文帝按古九州派丞相史出刺郡国，汉武帝荆州刺史部基本没改动，后世沿用，便一直到了汉末。
汉末刺史州牧权重，已经不仅仅是监察官，而是成了真正的地方最高军政长官，汉代的郡-县二级的行政制度，正慢慢朝着州-郡-县的三级行政制度变迁。所以这时候，南阳这么大一个郡肯定不再适合继续存在下去了。那么，就拆了罢。
于是汉末三国，从南阳分出来的就有章陵郡、南乡郡、义阳郡，到了《晋书·地理志》里，南阳就只有两万四千多户喽。
