Hưng Hóa với vị trí các địa danh châu huyện thuộc các phủ Quy Hóa, An Tây, Điện Biên, Gia Hưng của xứ Hưng Hóa tiếp giáp Trung Quốc, và Lào gồm (Văn Bàn, Thủy Vĩ, Chiêu Tấn, Quảng Lăng, Hợp Phì, Tuy Phụ, Hoàng Nham, Lễ Tuyền, Tung Lăng, Khiêm, Lai, Luân, Thuận, Tuần Giáo, Ninh Biên, Quỳnh Nhai, Sơn La, Mai Sơn, Yên, Phù Hoa, Mộc, Đà Bắc, Mã Nam, Mai, Thanh Xuyên, Yên Lập, Văn Chấn và Trấn Yên).

Năm 1014, tướng nước Đại Lý là Đoàn Kính Chí đem quân vào chiếm đóng châu Vị Long và châu Đô Kim (nay thuộc Tuyên Quang), vua Lý Thái Tổ sai con là Dực Thánh Vương đi đánh dẹp, quân Đại Lý đại bại, nhân cơ hội đó nhà Lý sáp nhập luôn khu vực ngày nay là Hà Giang vào Đại Cồ Việt.

Năm 1159, nhân khi nước Đại Lý suy yếu, vua Lý Anh Tông và Tô Hiến Thành đã tiến hành thu phục vùng đất của các tù trưởng dân tộc thiểu số người Thái (châu Văn Bàn, châu Thủy Vĩ) ở bắc Yên Bái, nam Lào Cai vào lãnh thổ Đại Việt.

Năm 1294, thượng hoàng Trần Nhân Tông, cùng Phạm Ngũ Lão, đi đánh bại Ai Lao thu nạp đất đai. Năm 1297, Trần Anh Tông sai Trần Nhật Duật đánh A Lộc (Ai Lao), Trần Quốc Tảng đánh Sầm Tử, Phạm Ngũ Lão đánh tan Ai Lao thu lại đất cũ ở sông Chàng Long. Năm 1301, Phạm Ngũ Lão đánh Ai Lao ở Mường Mai (Châu Mai, nay là đất Mai Châu)[7]. Các vùng đất thu nạp được thời kỳ này nhà Trần đặt làm huyện Mông đạo Đà Giang, đến đời thuộc Minh là đất hai huyện Mông và Tư Mang, sang thời nhà Lê sơ là toàn bộ châu Mộc (Mộc Châu (nay là Mộc Châu, Vân Hồ), Đà Bắc, Mã Nam (nay là huyện Sop Bao Lào)), và châu Mai phủ Gia Hưng.

Năm 1329, thượng hoàng Trần Minh Tông đi đánh mán Ngưu Hống, thổ tù Mường Mỗi, tại Mang Việt đạo Đà Giang[8] thu nạp đất châu Yên (Mang Việt)[9], Phù Hoa, Mường Mỗi (châu Thuận) là các vùng đất nay là các huyện Yên Châu, Phù Yên, Thuận Châu, Tuần Giáo, Sơn La, Mai Sơn tỉnh Sơn La.

Theo Minh sử, năm 1405, Đèo Cát Hãn dâng sớ lên triều đình nhà Minh tố cáo nhà Hồ đánh chiếm 7 trại Mãnh Man thuộc châu Ninh Viễn dưới quyền Đèo Cát Hãn, vốn thuộc phủ Lâm An của tỉnh Vân Nam, giết con rể của ông, bắt con gái của ông để khống chế.[10] Trong các nguyên do mà nhà Minh viện ra khi sang đánh nhà Hồ có lý do này. Nhà Hồ lúc đó yếu thế phải trả lại Đèo Cát Hãn các trại này. Châu Ninh Viễn đến thời Lê sơ gọi là Mường Lễ.

Đến năm 1431, Lê Lợi thu phụ Đèo Cát Hãn, có thêm châu Phục Lễ (Mường Lễ), vùng thượng lưu sông Đà do Đèo Cát Hãn cai quản, từng là châu Ninh Viễn của Vân Nam, nhập về. Mường Lễ sau đổi Thành Phục Lễ phủ An Tây gồmː đất Mường Lễ (châu Lai), Tuy Phụ (Mường Tè), Hoàng Nham (Mường Toong, Mường Nhé), Chiêu Tấn (Phong Thổ), Lễ Tuyền (Mường Boum), Hợp Phì (Xiềng My, nay là Giả Mễ huyện Kim Bình, Vân Nam), Khiêm Châu (Mường Tinh), Quảng Lăng (Mường La, nay là Mường Lạp huyện Kim Bình, Vân Nam), Tung Lăng (Phù Phang), Luân Châu (Mường Báng), Quỳnh Nhai (Mường Chăn).

Năm 1467 Lê Thánh Tông thu nạp vùng sách Câu Lộng (Mã Giang) từ Ai Lao (nay là khoảng huyện Sông Mã tỉnh Sơn La).

Năm 1478, vua Lê Thánh Tông, sau khi thu phục tiểu vương quốc Bồn Man đã sáp nhập vùng phía tây Sơn La (thượng lưu sông Mã, nay là khoảng các huyện Sốp Cộp, Sông Mã tỉnh Sơn La), các huyện phía tây Thanh Hóa, Nghệ An và tỉnh Hủa Phăn của Lào ngày nay vào đất Đại Việt. Đến thời Lê Thánh Tông, cơ bản vùng Tây Bắc Việt Nam đã hình thành và thuộc vào lãnh thổ Đại Việt. Và từ đây cho đến cuối thế kỷ 19, toàn bộ vùng Tây Bắc Việt Nam đều tương đương với cương vực của một địa danh duy nhất mang tên Hưng Hóa, ban đầu là thừa tuyên Hưng Hóa, rồi đến xứ Hưng Hóa, sau đó là trấn Hưng Hóa và cuối cùng là tỉnh Hưng Hóa.

Đến cuối triều Lê trung hưng, trong những năm 1684-1777, khoảng 7 châu của trấn Hưng Hóa Đại Việt, giáp giới với tỉnh Vân Nam đã bị mất về lãnh thổ Trung Quốc, gồm: Mường La-Quảng Lăng, Mường Tè-Tuy Phụ, Mường Tong-Hoàng Nham, Phong Thổ-Chiêu Tấn, Mường Boum hoặc M.Léo-Lễ Tuyền, Tché My (Xiềng My)-Hợp Phì, Khiêm Châu - Mường Tinh (M.Tía), Tung Lăng - Phù Phang (Pou Fang gần Mường Nhé (M.Nhié)) hoặc Quảng Lăng (Ta Leng Po).

Năm 1768-1769, quân nhà Lê-Trịnh, tiến đánh Hoàng Công Chất cát cứ Mường Thanh của Lào Lung, thu nạp đất này lập ra châu Ninh Biên (Điện Biên Phủ) thuộc trấn Hưng Hóa[11].

Cũng cuối nhà Lê trung hưng, triều Lê Hiển Tông niên hiệu Cảnh Hưng 36 (1776), châu Mộc chia tách thành 3 châu làː châu Đà Bắc, châu Mộc (nay là huyện Mộc Châu và Vân Hồ), châu Mã Nam. Sau đó khoảng những năm 1780 đến đầu thời nhà Tây Sơn, Thổ tù các châu này vốn là anh em họ Xa, bất hòa. Thổ tù châu Mã Nam về theo châu Xiềng Khô của Vương quốc Luang Phrabang (Lào Lung)[12]. Từ đó vùng lãnh thổ của trấn Hưng Hóa Đại Việt nằm bên bờ nam sông Mã là châu Mã Nam (nay là khoảng huyện Sop Bao) tiếp giáp phía nam tỉnh Sơn La ngày nay trở thành lãnh thổ Lào, mà không còn thuộc Tây bắc Việt Nam nữa.

Sang thời nhà Nguyễn vùng Tây Bắc Việt Nam là vùng lãnh thổ thuộc trấn Hưng Hóa (1802-1831) sau là tỉnh Hưng Hóa (1831-1884). Tuy nhiên, thời này vùng Tây Bắc Việt Nam không bao gồm các vùng lãnh thổ Hưng Hóa mất sang nhà Thanh Trung Quốc (7 châuː Tung Lăng, Quảng Lăng, Tuy Phụ, Hoàng Nham, Lễ Tuyền, Hợp Phì, Khiêm) và châu Mã Nam mất về Lào).

Tháng Tư năm 1884 quân Pháp dưới sự chỉ huy của Thiếu tướng Brière de l'Isle mở cuộc hành chinh đánh lấy thành Hưng Hóa. Quân nhà Nguyễn cùng quân Cờ Đen thấy không giữ được nên nổi lửa đốt thành rồi bỏ ngỏ đồn lũy, rút lên mạn ngược (khu vực sau là các tỉnh Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái). Chiếm được Hưng Hóa, người Pháp cho phân định lại địa giới, cắt thêm những tỉnh mới cùng tiểu quân khu để dễ dàng cai trị: tháng 5 năm 1886 thành lập tỉnh Chợ Bờ (tức tỉnh Mường, sau đổi thành tỉnh Hòa Bình); ngày 7 tháng 1, 1899 thành lập đạo quân binh IV bao gồm Tiểu quân khu Yên Bái và Tiểu quân khu Lào Cai, Tiểu quân khu Vạn Bú... Lào Cai là đạo lỵ (về sau đổi thành các tỉnh dân sự như: tỉnh Yên Bái (1895), tỉnh Vạn Bú (1895, sau đổi thành tỉnh Sơn La), tỉnh Lào Cai (tháng 7 năm 1907) và tỉnh Lai Châu (tháng 6 năm 1909)...

Sau khi cắt đi 16 châu, 4 phủ và hai huyện Trấn Yên, Văn Chấn để thành lập đạo quan binh IV với các tiểu quân khu, khu quân sự... Tỉnh Hưng Hoá chỉ còn lại huyện Tam Nông và huỵện Thanh Thuỷ. Toàn quyền Đông Dương đã điều chỉnh một số huyện của tỉnh Sơn Tây sang, cộng với 2 huyện còn lại để thành lập tỉnh Hưng Hoá mới.

Năm 1887, Pháp ký kết với nhà Thanh công ước Pháp-Thanh hoạch định biên giới, quy định cắt toàn bộ khu vực lãnh thổ châu Chiêu Tấn phủ An Tây tỉnh Hưng Hóa nhà Nguyễn (tức là khu vực các huyện Sìn Hồ, Phong Thổ, Tam Đường, Nậm Nhùn tỉnh Lai Châu, huyện Bát Xát tỉnh Lào Cai) về cho nhà Thanh[13]. Khu vực này cùng với khu vực 6 châu phủ An Tây Đại Việt đã mất vào thời nhà Lê là Mường Tè (Tuy Phụ), Mường Nhé (Hoàng Nham), Mường Chà (Khiêm Châu), Hợp Phì, Lễ Tuyền, Tung Lăng, Mường La (Quảng Lăng) vốn là đất thế tập tự trị của dòng họ Đèo người Thái trắng. Châu Chiêu Tấn, đương thời do Đèo Văn Trị cần vương kháng Pháp cai quản, bị Pháp chuyển cho nhà Thanh.

Ngày 8 tháng 9 năm 1891, ba huyện Sơn Vi, Thanh Ba, Phù Ninh thuộc phủ Lâm Thao, tỉnh Sơn Tây nhập vào tỉnh Hưng Hoá.

Ngày 9 tháng 12 năm 1892 huyện Cẩm Khê thuộc phủ Lâm Thao, tỉnh Sơn Tây nằm trong địa bàn tiểu quân khu Yên Bái nhập về tỉnh Hưng Hoá.

Ngày 5 tháng 6 năm 1893, huyện Hạ Hòa thuộc phủ Lâm Thao, tỉnh Sơn Tây nằm trong địa bàn tiểu quân khu Yên Bái được nhập vào tỉnh Hưng Hoá.

Năm 1895, cùng với sự đầu hàng của Đèo Văn Trị và sự suy yếu của nhà Thanh, Pháp đã ký kết với nhà Thanh công ước hoạch định biên giới sửa đổi, quy định lấy lại phần đất tỉnh Hưng Hóa cũ đã mất cho nhà Thanh trong công ước năm 1887, và lấy thêm các phần đất nay là các huyện Mường Tè tỉnh Lai Châu, Mường Nhé, Mường Chà tỉnh Điện Biên về cho xứ Bắc Kỳ thuộc Pháp. Phần đất các huyện Mường Tè, Mường Nhé, Mường Chà này là một phần (3/6 châu) của 6 châu (Tuy Phụ, Hoàng Nham, Khiêm Châu, Tung Lăng, Lê Tuyền, Hợp Phì) đã mất cho nhà Thanh Trung Quốc từ thời nhà Lê trung hưng, đến suốt thời nhà Tây Sơn và nhà Nguyễn độc lập chưa lấy lại được. Các phần đất này sau nhập vào tỉnh Lai Châu thời Pháp thuộc. Tuy nhiên, đổi lại Pháp cắt cho Trung Quốc phần còn lại sau công ước 1887 của vùng đất Tụ Long Hà Giang, nơi có nhiều mỏ khoáng sản quý.

Ngày 17 tháng 7 năm 1895, hai châu Thanh Sơn và Yên Lập thuộc khu quân sự Đồn Vàng chuyển về tỉnh Hưng Hoá.

Ngày 24 tháng 8 năm 1895 hai huyện Hùng Quan và Ngọc Quan của phủ Đoan Hùng thuộc tiểu quân khu Tuyên Quang; đạo quan binh 3 Yên Bái nhập vào tỉnh Hưng Hoá.

Như vậy tỉnh Hưng Hóa mới gồm 2 phủ 10 huyện và 2 châu. Trong đó 2 huyện Tam Nông, Thanh Thủy và 2 châu Thanh Sơn, Yên Lập vốn là đất cũ của tỉnh Hưng Hoá; phủ Đoan Hùng với 2 huyện Hùng Quan và Ngọc Quan, phủ Lâm Thao và 6 huyện: Sơn Vi, Thanh Ba, Phù Ninh, Cẩm Khê, Hạ Hòa, Hạc Trì là những phủ, huyện mới từ tỉnh Sơn Tây chuyển sang. Tỉnh lỵ tỉnh Hưng Hoá đặt tại thị xã Hưng Hóa (thành lập ngày 1 tháng 5 năm 1895, vốn là thành Hưng Hóa), đóng tại xã Trúc Khê, huyện Tam Nông (nay là thị trấn Hưng Hóa, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ).

Ngày 5 tháng 5 năm 1903 tỉnh Hưng Hóa mới (phần còn lại) được đổi tên thành tỉnh Phú Thọ.

Tại vùng Tây Bắc thời Pháp thuộc đã lập ra xứ Thái tự trị. Năm 1955, Khu tự trị Thái-Mèo được thành lập, gồm 3 tỉnh Lai Châu, Sơn La và Nghĩa Lộ, và đến năm 1962 gọi là Khu tự trị Tây Bắc. Khu tự trị này giải thể năm 1975.