辛亥革命以後，廢除了清代的府、州、廳制。民國初期實行省、道、縣三級制。民國元年（公元1912年），甘肅共設7 道，下轄77縣，即蘭山道（治皋蘭縣，清蘭州府地）、寧夏道（治寧夏縣，清寧夏府地）、西寧道（治西寧縣，清西寧府地）、涇原道（治平涼縣，清平涼、慶陽府、涇州、固州、化平川廳地）、渭川道（治天水縣，清秦、階二州地）、安肅道（治酒泉縣，清肅州、安西二州地）、甘涼道（治武威縣，清甘、涼二州地）。1914年，改省的長官民政長（民國初期稱都督）為巡按使，道的長官道尹為觀察使（後改稱道尹），次年，又改巡按使為省長。
北伐戰爭以後，民國16年（1927年），廢除道的建制，改縣的行政長官縣知事為縣長。隨著軍閥混戰局面的結束，國民黨政府對行政制度作了一些調整。1928年，劃甘肅西寧道屬之西寧、大通、樂都、循化、貴德、巴燕、湟源等７縣，另建青海省；同時劃甘肅寧夏道屬之寧夏、寧朔、靈武、鹽池、平羅、中衛、金積、豫旺（原鎮戎縣，今固原縣）等8 縣和寧夏護軍使所轄的阿拉善額魯特、額濟納土爾扈特2 部地，成立寧夏省。區劃調整分置以後，甘肅省轄64縣，1929年增置到68縣，增設了永靖（1929年析臨夏縣地設置）、和政（1929年析臨夏、臨洮縣地置）、康縣（1928年析武都縣地置永康縣，後改康縣）等縣。後來，在少數民族地區原設拉卜楞設治局（1926年析循化縣地設置，1928年改為夏河縣）、康樂設治局的基礎上，又陸續增置洮西設置局（1932年置）、卓尼設治局（1937年置）、肅北設治局（1938年置）。從1934年開始，甘肅省在縣的行政建制之上，又新設立行政督察專員公署，作為省的輔助機關。這是國民黨發動反共反人民的內戰的產物，其目的在於推行和強化法西斯統治，鎮壓各族人民的革命運動。1934年開始在皋蘭、固原、臨夏等地設置行政督察專員公署，以後陸續增設。到1944年增加到9個，即：岷縣（第一）、平涼（第二）、慶陽（第三）、天水（第四）、臨夏（第五）、武威（第六）、酒泉（第七）、武都（第八）、臨洮（第九）行政督察區（專員公署）。至解放前夕，甘肅省共設9個行政督察專員公署，轄71縣、1 市（蘭州市，1941年正式設市）、3局（卓尼、肅北設治局、湟惠管理局）。
大革命時期，甘肅就有中國共產黨領導的革命活動。1932年3 月，正寧縣四村塬周圍72個村相繼成立了革命委員會，建立了我省第一個工農民主政權。同年，成立了中共甘寧青特委。1933年3 月，建立中共陝甘邊特委。不久，陝甘邊區蘇維埃政府於1934年11月在華池縣荔原堡誕生。接著華池、慶北（1936年與華池縣合併）兩縣也成立了蘇維埃政府。紅軍長征進軍甘肅，突破天險臘子口，進入宕昌縣境，通過渭河封鎖線，召開哈達鋪、榜羅會議，一、二、四方面軍三大紅軍主力在會寧縣勝利會師，進一步促進了陝甘的革命活動。1935年11月，根據中華工農民主共和國中央執行委員會的決定，陝甘邊區根據地劃為陝甘省。1936年7 月，改陝甘省為陝甘寧省，駐地遷往甘肅曲子，轄區在甘肅境內的有華池、環縣、曲子、固北、赤慶、定環等縣。1937年1 月，中共關中特委派代表與國民黨代表談判，將正寧、寧縣“一分為二”，國民黨在其白區設兩個縣，共產黨在紅區設新寧、新正縣，隸屬關中分區。同年，陝甘寧省劃分為三邊分區和慶環分區。慶環專署轄華池、曲子、固北（後併入環縣）、赤慶（後併入華池）、環縣、定環（後分別併入環縣和定邊）6 縣，另在原統戰區設陝甘寧邊區隴東辦事處，領導慶陽、合水、鎮原、寧縣的抗日救亡運動。1940年3 月，慶陽、合水、鎮原3 縣正式建立抗日民主政權。同年4 月，陝甘寧邊區政府決定建立隴東分區，在慶陽設立隴東分區行政督察專員公署，轄華池、環縣、曲子、慶陽、合水、鎮原6 縣。1949年6 月，寧縣、正寧兩縣劃歸隴東分區管轄。
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