Cuối năm 2003, Quốc hội ban hành Nghị quyết chia tỉnh Lai Châu thành 2 tỉnh: Lai Châu và Điện Biên, cùng lúc đó, chuyển huyện Than Uyên của tỉnh Lào Cai về tỉnh Lai Châu quản lý. Tỉnh Lai Châu mới có diện tích tự nhiên là 906.512,30 ha và dân số vào thời điểm 2003 là 313.511 người, bao gồm huyện Phong Thổ; huyện Tam Đường; huyện Mường Tè; huyện Sìn Hồ; xã Pú Đao, xã Chăn Nưa, xã Nậm Hàng, bản Thành Chử thuộc xã Xá Tổng của huyện Mường Lay; phường Lê Lợi của thị xã Lai Châu; huyện Than Uyên của tỉnh Lào Cai. Tỉnh lị đặt tại thị trấn Phong Thổ thuộc huyện Tam Đường[15].

Năm 2004, điều chỉnh địa giới các huyện Sìn Hồ và Mường Tè; thành lập xã Lê Lợi thuộc huyện Sìn Hồ[16]. Cùng năm, thành lập thị xã Lai Châu (mới) và một số phường thuộc thị xã Lai Châu; thành lập thị trấn huyện lị thuộc các huyện Tam Đường, Phong Thổ[17]

• Thành lập xã Lê Lợi (Sìn Hồ) trên cơ sở phường Lê Lợi (thị xã Lai Châu)
• Sáp nhập một phần huyện Mường Lay (toàn bộ xã Pú Đao, Chăn Nưa) vào huyện Sìn Hồ
• Sáp nhập một phần xã Xá Tổng (Mường Lay) vào xã Tủa Sín Chải (Sìn Hồ)
• Sáp nhập xã Nậm Hàng (Mường Lay) vào huyện Mường Tè
• Thành lập thị xã Lai Châu trên cơ sở một phần huyện Tam Đường (toàn bộ thị trấn Phong Thổ, xã Nậm Loỏng, xã Tam Đường, một phần xã Sùng Phài)
• Điều chỉnh các đơn vị hành chính cấp xã thuộc thị xã Lai Châu:

- Thành lập phường Quyết Thắng trên cơ sở một phần thị trấn Phong Thổ và xã Nậm Loỏng. Phường Quyết Thắng có 608,30 ha diện tích tự nhiên và 5.065 nhân khẩu.

- Thành lập phường Tân Phong trên cơ sở một phần thị trấn Phong Thổ và xã Nậm Loỏng. Phường Tân Phong có 523 ha diện tích tự nhiên và 4.392 nhân khẩu.

- Thành lập phường Đoàn Kết trên cơ sở một phần thị trấn Phong Thổ và xã Sùng Phài. Phường Đoàn Kết có 403 ha diện tích tự nhiên và 3.627 nhân khẩu.

- Sáp nhập phần còn lại xã Sùng Phài vào xã Nậm Loỏng

- Đổi tên xã Tam Đường thành xã Sàn Thàng.

• Thị xã Lai Châu có 7.083 ha diện tích tự nhiên và 18.089 nhân khẩu, có 5 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm 3 phường và 2 xã
• Thành lập thị trấn Tam Đường (Tam Đường) trên cơ sở một phần xã Bình Lư. Thị trấn Tam Đường có 2.300 ha diện tích tự nhiên và 4.456 nhân khẩu.
• Thành lập thị trấn Phong Thổ (Phong Thổ) trên cơ sở một phần xã Hoang Thèn và xã Mường So. Thị trấn Phong Thổ có 3.595,20 ha diện tích tự nhiên và 4.065 nhân khẩu.

Năm 2006, thành lập và điều chỉnh địa giới một số xã thuộc các huyện Phong Thổ, Tam Đường, Sìn Hồ và Than Uyên.[18]

• Thành lập xã Tà Mung (Than Uyên) trên cơ sở một phần xã Mường Kim. Xã Tà Mung có 5.094,7 ha diện tích tự nhiên và 3.760 nhân khẩu.
• Thành lập xã Phúc Than (Than Uyên) trên cơ sở một phần xã Mường Than. Xã Phúc Than có 5.628,32 ha diện tích tự nhiên và 4.865 nhân khẩu.
• Thành lập xã Phúc Khoa (Than Uyên) trên cơ sở một phần xã Mường Khoa. Xã Phúc Khoa có 8.309,09 ha diện tích tự nhiên và 3.749 nhân khẩu.
• Thành lập xã Sơn Bình (Tam Đường) trên cơ sở một phần xã Bình Lư. Xã Sơn Bình có 10.936,6 ha diện tích tự nhiên và 2.292 nhân khẩu.
• Sáp nhập xã Lả Nhì Thàng (Tam Đường) và xã Huổi Luông (Sìn Hồ) vào huyện Phong Thổ.
• Sáp nhập một phần xã Huổi Luông (Phong Thổ) vào thị trấn Phong Thổ. Thị trấn Phong Thổ có 4.441,84 ha diện tích tự nhiên và 2.114 nhân khẩu.

Năm 2008, thành lập một số xã, thị trấn thuộc các huyện Than Uyên, Tam Đường, Mường Tè[19]. Cùng năm, chia huyện Than Uyên thành 2 huyện: Than Uyên và Tân Uyên[20]

• Thành lập xã Trung Đồng (Than Uyên) trên cơ sở một phần xã Thân Thuộc. Xã Trung Đồng có 6.188 ha diện tích tự nhiên và 3.975 nhân khẩu.
• Thành lập xã Hua Nà (Than Uyên) trên cơ sở một phần xã Nà Cang. Xã Hua Nà có 2.555,40 ha diện tích tự nhiên và 2.529 nhân khẩu.
• Đổi tên xã Nà Cang (Than Uyên) thành xã Mường Cang. Xã Mường Cang có 4.309,60 ha diện tích tự nhiên và 5.362 nhân khẩu.
• Thành lập xã Giang Ma (Tam Đường) trên cơ sở một phần xã Hồ Thầu. Xã Giang Ma có 3.671,60 ha diện tích tự nhiên và 2.877 nhân khẩu.
• Thành lập xã Nậm Manh (Mường Tè) trên cơ sở một phần xã Nậm Hàng. Xã Nậm Manh có 16.470,30 ha diện tích tự nhiên và 2.032 nhân khẩu.
• Thành lập thị trấn Tân Uyên (Than Uyên) trên cơ sở toàn bộ thị trấn nông trường Than Uyên và một phần xã Thân Thuộc. Thị trấn Tân Uyên có 7.094,91 ha diện tích tự nhiên và 7.723 nhân khẩu.
• Thành lập huyện Tân Uyên trên cơ sở một phần huyện Than Uyên. Huyện Tân Uyên có 90.326,75 ha diện tích tự nhiên và 42.221 nhân khẩu, có 10 đơn vị hành chính trực thuộc, bao gồm các xã: Mường Khoa, Phúc Khoa, Nậm Sỏ, Nậm Cần, Thân Thuộc, Trung Đồng, Hố Mít, Pắc Ta, Tà Mít và thị trấn Tân Uyên.

Năm 2011, thành lập và điều chỉnh địa giới một số xã, thị trấn thuộc huyện các Mường Tè, Sìn Hồ, Than Uyên.[21]

• Thành lập xã Tá Bạ (Mường Tè) trên cơ sở một phần xã Ka Lăng. Xã Tá Bạ có 11.375,87 ha diện tích tự nhiên và 2.024 nhân khẩu.
• Thành lập xã Vàng San (Mường Tè) trên cơ sở một phần xã Bum Nưa. Xã Vàng San có 9.521,73 ha diện tích tự nhiên và 2.485 nhân khẩu.
• Thành lập thị trấn Nậm Nhùn (Mường Tè) trên cơ sở một phần xã Nậm Hàng và Nậm Manh. Thị trấn Nậm Nhùn có 2.995,21 ha diện tích tự nhiên và 3.444 nhân khẩu.
• Thành lập xã Pa Khóa (Sìn Hồ) trên cơ sở một phần các xã Nậm Cha, Noong Hẻo, Nậm Tăm và Pu Sam Cáp. Xã Pa Khóa có 4.128.47 ha diện tích tự nhiên và 2.047 nhân khẩu.
• Thành lập xã Lùng Thàng (Sìn Hồ) trên cơ sở một phần xã Ma Quai. Xã Lùng Thàng có 8.126,89 ha diện tích tự nhiên và 2.962 nhân khẩu.
• Sáp nhập một phần xã Pha Mu (Than Uyên) vào các xã Mường Mít, Mường Cang, Tà Hừa. Xã Mường Mít có 9.151,89 ha diện tích tự nhiên và 2.506 nhân khẩu. Xã Mường Cang có 5.709,6 ha diện tích tự nhiên và 5.580 nhân khẩu. Xã Tà Hừa có 7.188,41 ha diện tích tự nhiên và 2.807 nhân khẩu.
• Sáp nhập một phần xã Tà Hừa (Than Uyên) vào xã Pha Mu. Xã Pha Mu có 12.039,5 ha diện tích tự nhiên và 1.238 nhân khẩu.

Năm 2012, thành lập một số xã thuộc các huyện Sìn Hồ và Mường Tè; cùng năm, thành lập huyện Nậm Nhùn từ một phần các huyện Sìn Hồ và Mường Tè.[22]

• Thành lập xã Nậm Pì (Sìn Hồ) trên cơ sở một phần xã Chăn Nưa. Xã Nậm Pì có 7.347,29 ha diện tích tự nhiên và 1.996 nhân khẩu.
• Thành lập xã Trung Chải (Sìn Hồ) trên cơ sở một phần xã Nậm Ban. Xã Trung Chải có 7.982,26 ha diện tích tự nhiên và 1.279 nhân khẩu.
• Thành lập xã Nậm Chà (Mường Tè) trên cơ sở một phần xã Mường Mô. Xã Nậm Chà có 19.249,33 ha diện tích tự nhiên và 2.610 nhân khẩu.
• Thành lập phường Đông Phong (TX. Lai Châu) trên cơ sở một phần phường Tân Phong và xã Sàn Thàng. Phường Đông Phong có 527,35 ha diện tích tự nhiên và 10.964 nhân khẩu.
• Thành lập phường Quyết Tiến (TX. Lai Châu) trên cơ sở một phần phường Quyết Thắng. Phường Quyết Tiến có 308,66 ha diện tích tự nhiên và 6.834 nhân khẩu.
• Thành lập huyện Nậm Nhùn trên cơ sở một phần huyện Mường Tè (toàn bộ các xã Hua Bum, Mường Mô, Nậm Chà, Nậm Hàng, Nậm Manh, thị trấn Nậm Nhùn) và huyện Sìn Hồ (toàn bộ các xã Lê Lợi, Pú Đao, Nậm Pì, Nậm Ban, Trung Chải). Huyện Nậm Nhùn có 138.808,39 ha diện tích tự nhiên và 24.165 nhân khẩu; có 11 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm 10 xã và 1 thị trấn.

Năm 2013, thành lập thành phố Lai Châu[23] trên cơ sở toàn bộ thị xã Lai Châu. Thành phố Lai Châu có 7.077,44 ha diện tích tự nhiên, 52.557 nhân khẩu, 7 đơn vị hành chính cấp xã, gồm 5 phường và 2 xã.

Năm 2020, hợp nhất một số xã thuộc thành phố Lai Châu và các huyện Phong Thổ, Tam Đường.[24]

• Sáp nhập một phần huyện Tam Đường (toàn bộ xã Sùng Phài) vào thành phố Lai Châu.
• Sáp nhập toàn bộ xã Nậm Loỏng (TP. Lai Châu) vào xã Sùng Phài. Xã Sùng Phài có 49,66 km2 diện tích tự nhiên và quy mô dân số 4.272 người.
• Thành phố Lai Châu có 92,37 km2 diện tích tự nhiên và quy mô dân số 42.973 người; có 07 đơn vị hành chính cấp xã, gồm 05 phường và 02 xã
• Sáp nhập toàn bộ xã Ma Li Chải (Phong Thổ) vào xã Sỉ Lở Lầu. Xã Sì Lở Lầu có 57,06 km2 diện tích tự nhiên và quy mô dân số 6.237 người.