Ngày 13 tháng 12 năm 1962, Bộ Nội vụ ban hành Quyết định số 328-NV đổi tên một số xã thuộc huyện Đồng Văn.[5] Theo đó, đổi tên xã Hòa Bình thành xã Mèo Vạc, đổi tên xã Tự Do thành xã Cán Chu Phìn, đổi tên xã Thống Nhất thành xã Pả Vi, đổi tên xã Phìn Lồ thành xã Phú Lũng.

Ngày 15 tháng 12 năm 1962, Hội đồng Chính phủ ban hành quyết định số 211-CP chia huyện Đồng Văn thành 3 huyện: Yên Minh, Mèo Vạc và Đồng Văn. Huyện Đồng Văn còn lại thị trấn Phố Bảng và 22 xã: Đồng Văn, Hố Quang Phìn, Lũng Cú, Lũng Phìn, Lũng Táo, Lũng Thầu, Má Lé, Phố Cáo, Phố Là, Phú Lũng, Sà Phìn, Sảng Tủng, Sính Lủng, Sủng Là, Sủng Thài, Sủng Trái, Sủng Tráng, Tả Lủng, Tả Phìn, Thài Phìn Tủng, Thắng Mố, Vần Chải.

Ngày 21 tháng 12 năm 1982, chuyển 4 xã: Phú Lũng, Thắng Mố, Sủng Tráng, Sủng Thài về huyện Yên Minh quản lý. Huyện Đồng Văn còn lại 1 thị trấn và 18 xã.

Ngày 31 tháng 3 năm 2009, chuyển xã Đồng Văn thành thị trấn Đồng Văn, thị trấn huyện lỵ huyện Đồng Văn.

Huyện Đồng Văn có 2 thị trấn và 17 xã như hiện nay.