Ngày 24 tháng 10 năm 1947, tại đoạn sông Lô chảy qua xã Chí Đám gần ngã ba sông Lô - sông Chảy đã diễn ra trận chiến đấu ác liệt của bộ đội chủ lực phối hợp với dân quân du kích địa phương đánh đắm tàu chiến của thực dân Pháp lập nên chiến thắng sông Lô.

Năm 1952, bộ đội chủ lực cùng nhân dân xã Chân Mộng đã chiến đấu tiêu diệt quân viễn chinh Pháp tại cầu Hai, lập nên chiến thắng Chân Mộng – Trạm Thản.

Ngày 6 tháng 5 năm 1963, sáp nhập ba xã Tiêu Sơn, Vân Đồn và Minh Tiến thuộc huyện Phù Ninh vào huyện Đoan Hùng.[1]

Ngày 16 tháng 2 năm 1967, sáp nhập 2 xã Hán Đà và Đại Minh vào huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái.

Ngày 26 tháng 1 năm 1968, 2 tỉnh Vĩnh Phúc và Phú Thọ được hợp nhất thành tỉnh Vĩnh Phú, huyện Đoan Hùng thuộc tỉnh Vĩnh Phú.

Ngày 21 tháng 3 năm 1967, thành lập thị trấn nông trường Vân Hùng thuộc huyện Đoan Hùng.[2]

Sau năm 1975, huyện Đoan Hùng có thị trấn nông trường Vân Hùng và 24 xã: Bằng Doãn, Bằng Luân, Chí Đám, Đại Nghĩa, Đông Khê, Hùng Long, Hùng Quan, Hữu Đô, Minh Lương, Minh Tiến, Nghinh Xuyên, Ngọc Quan, Phong Phú, Phú Thứ, Phúc Lai, Phương Trung, Quế Lâm, Sóc Đăng, Tây Cốc, Thọ Sơn, Tiêu Sơn, Vân Đồn, Vân Du, Yên Kiện.

Ngày 5 tháng 7 năm 1977, huyện Đoan Hùng được hợp nhất với 2 huyện Thanh Ba, Hạ Hòa 7 xã: Minh Phú, Tiên Phú, Trạm Thản, Chân Mộng, Vụ Quang, Liên Hoa, Phú Mỹ của huyện Phù Ninh thành huyện Sông Lô.

Ngày 22 tháng 10 năm 1980, trả 4 xã: Trạm Thản, Tiên Phú, Liên Hoa, Phú Mỹ về huyện Phong Châu, huyện Đoan Hùng được tái lập từ huyện Sông Lô (do chia huyện Sông Lô thành 2 huyện là Đoan Hùng và Thanh Hòa).

Năm 1987, giải thể thị trấn nông trường Vân Hùng.

Ngày 14 tháng 10 năm 1994, chuyển xã Thọ Sơn thành thị trấn Đoan Hùng, thị trấn huyện lỵ huyện Đoan Hùng.

Ngày 26 tháng 11 năm 1996, tỉnh Vĩnh Phú được tách thành 2 tỉnh là Vĩnh Phúc và Phú Thọ, huyện Đoan Hùng thuộc tỉnh Phú Thọ.

Ngày 1 tháng 4 năm 2003, thành lập xã Ca Đình trên cơ sở 1.417 ha diện tích tự nhiên và 2.749 nhân khẩu của xã Tây Cốc.

Ngày 17 tháng 12 năm 2019, sáp nhập 3 xã: Đông Khê, Hùng Quan, Nghinh Xuyên thành xã Hùng Xuyên; sáp nhập 3 xã: Phú Thứ, Đại Nghĩa, Hữu Đô thành xã Hợp Nhất; sáp nhập 3 xã: Phương Trung, Quế Lâm, Phong Phú thành xã Phú Lâm.[3]

Huyện Đoan Hùng có 1 thị trấn và 21 xã như hiện nay.