Sau năm 1975, huyện Tam Dương có 19 xã: An Hòa, Đại Đình, Đạo Tú, Định Trung, Đồng Tĩnh, Duy Phiên, Hồ Sơn, Hoàng Đan, Hoàng Hoa, Hoàng Lâu, Hợp Châu, Hợp Hòa, Hợp Thịnh, Hướng Đạo, Khai Quang, Kim Long, Tam Quan, Thanh Vân, Vân Hội.

Ngày 5 tháng 7 năm 1977, chuyển 2 xã Định Trung và Khai Quang về thị xã Vĩnh Yên quản lý; hợp nhất huyện Tam Dương với huyện Lập Thạch để thành lập huyện Tam Đảo. Năm 1979, huyện Lập Thạch được tái lập, tách ra khỏi huyện Tam Đảo, cùng lúc đó cắt một số xã của huyện Mê Linh sang huyện Tam Đảo quản lý.

Ngày 11 tháng 1 năm 1996, thành lập thị trấn Tam Dương trên cơ sở điều chỉnh một phần diện tích tự nhiên và nhân khẩu của 2 xã Hợp Thịnh và Vân Hội.

Ngày 9 tháng 6 năm 1998, huyện Tam Dương được tái lập. Huyện Tam Dương khi đó gồm có thị trấn Tam Dương (huyện lị) và 17 xã: An Hòa, Đại Đình, Đạo Tú, Đồng Tĩnh, Duy Phiên, Hồ Sơn, Hoàng Đan, Hoàng Hoa, Hoàng Lâu, Hợp Châu, Hợp Hòa, Hợp Thịnh, Hướng Đạo, Kim Long, Tam Quan, Thanh Vân, Vân Hội.

Ngày 18 tháng 8 năm 1999, chuyển thị trấn Tam Dương về thị xã Vĩnh Yên quản lý (nay là 2 phường Đồng Tâm và Hội Hợp thuộc thành phố Vĩnh Yên).

Ngày 10 tháng 2 năm 2003, giải thể xã Hợp Hòa để thành lập thị trấn Hợp Hòa.

Từ ngày 9 tháng 12 năm 2003, tách 4 xã Đại Đình, Tam Quan, Hồ Sơn, Hợp Châu để tái lập huyện Tam Đảo.

Từ đó, huyện có 1 thị trấn và 12 xã như ngày nay.