Khu tự trị Việt Bắc bao gồm các tỉnh: Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Tuyên Quang (trừ huyện Yên Bình), Thái Nguyên (trừ hai huyện Phổ Yên, Phú Bình) và huyện Hữu Lũng của tỉnh Bắc Giang (nhập vào tỉnh Lạng Sơn). Huyện Phổ Yên nhập vào tỉnh Vĩnh Phúc, đến 15-6-1957 lại trả về tỉnh Thái Nguyên (trừ xóm Thông, xã Thuận Thành nhập vào xã Hồng Kỳ, huyện Đa Phúc, tỉnh Vĩnh Phúc). Huyện Phú Bình nhập vào tỉnh Bắc Giang, đến 15-6-1957 lại trả về tỉnh Thái Nguyên. Thủ phủ Khu tự trị Việt Bắc là thị xã Thái Nguyên.

Tỉnh Hà Giang sáp nhập vào Khu tự trị Việt Bắc theo Sắc lệnh số 020-SL ngày 23-3-1959 của Chủ tịch nước.

Hệ thống tổ chức chính quyền Khu tự trị Việt Bắc có 4 cấp: khu, tỉnh, châu, xã[1]. Xã là đơn vị hành chính cơ sở. Bộ máy chính quyền Khu tự trị gồm có: Hội đồng nhân dân và Ủy ban Hành chính. Thành phần Hội đồng nhân dân phải có đủ đại biểu các dân tộc.