在解放戰爭後期，為適應戰爭新形勢，根據不同的情況，中央開始在被解放地區對舊有省級行政區划進行了較大幅度的改革和調整。
平原省：1949年出現的新省份
隨著遼瀋戰役的勝利，解放軍開始全面接管東北全境。新成立的東北人民政府在民國時期省級行政區劃的基礎上，於1948年4月21日公布了6省4直轄市1行署區的新行政區劃，即遼東、遼西、吉林、松江、黑龍江、熱河六省；瀋陽、撫順、本溪、鞍山4個直轄市和一個旅大行署區。
1949年5月，華北地區完全解放。1949年7月，華北人民政府召開會議通過關於變更華北地區行政區劃的決議。決議宣布撤銷冀東、冀中、冀南、冀魯豫、太行、太嶽、太原等七個舊行政區，代之以新的行政區劃。
在經濟條件、歷史關係及自然條件的基礎上，華北地區被劃分為河北省、山西省、察哈爾省、綏遠省。同時為照顧落後地區的發展，決議還於魯西南、豫北、冀南銜接地區成立平原省。
當時成立平原省，主要出於兩方面的考慮。一是平原省位於三省交界處，當地的敵特、反革命殘餘勢力亟待肅清。二是該地區處於黃河中遊，自古以來就是堤防的薄弱區。同時，該地區的農業生產遭受了嚴重的戰爭破壞，所以恢復生產就成了重中之重。
省級行政區最多時達53個
新中國成立後，受具體情況的制約，對省級行政區的調整較為頻繁。
1949年5月，華東解放區根據長江南北的不同特點，決定將原江蘇、安徽兩省暫不恢復，成立蘇北、蘇南、皖北、皖南四個行署區。四川全境直到1949年12月才正式解放。1950年，中央人民政府決定撤銷四川省，設立川南、川北、川東、川西四個行署區。
在此基礎上，原西昌省的昌都地區也面臨改革的局面。西康省的昌都地區在民國時期一直受西藏地方政府控制，1950年10月的昌都戰役不僅使昌都地區得到解放，還為和平解放西藏創造了政治條件。
1951年1月1日，中央人民政府設立昌都地區人民解放委員會，由政務院直接領導。這樣一來，昌都地區在納入西藏自治區之前，一直作為省級行政單位存在。1951年10月26日，人民解放軍進駐拉薩，西藏和平解放。但受現實情況的制約，西藏地區仍然作為省級單位存在。
這樣，新中國成立前的49個省級行政區，到1951年達到53個，成為歷史最高點。
大規模撤銷省級行政區建制
1952年8月，中央決定恢復安徽省和四川省，撤銷皖北、川西等六個人民行政公署。
1952年11月15日，中央通過了《關於調整省區建制的決議》。決議認為，「鑑於大規模的經濟建設即將展開，而平原省缺乏經濟中心城市，所以決定撤銷平原省建制。」1952年12月1日，平原省正式被撤銷，其所轄區域先後被劃入河南省和山東省。
這次決議還決定撤銷察哈爾省，將察北、察南專區及張家口劃入河北省，把大同市及雁北專區劃入山西省。1954年4月，中央決定又撤銷綏遠省建制，將其劃入內蒙古自治區。
1954年，中央在撤銷六大行政區的同時又對省級行政區作了調整。會議決定將遼東、遼西地區合併，恢復原來的遼寧省建制。松江省由於歷史上與黑龍江省唇齒相依，所以被劃入黑龍江省。瀋陽、旅大、撫順、本溪、哈爾濱、武漢、西安、重慶等11個中央直轄市，均改為省轄市。
1955年3月，國務院第7次全體會議決定將昌都地區劃歸西藏自治區管轄。同年6月，全國人大一屆二次會議決定撤銷熱河省和西康省，其轄區分別劃入河北和內蒙古自治區、四川省和西藏自治區。
20世紀60年代初，根據黨的民族區域自治政策，我國又對省級行政區劃作了調整，先後組建了四個省級民族自治區。這樣，就形成了現今的34個省級行政區。