1945年9月6日，日本宣布投降，抗日战争胜利结束。但是，国民党反动派又发动内战，调集80万军队进攻解放区，于是陕甘宁边区政府脱离国民政府，各县抗日民主政府均改名县政府。1947年2月中旬，蒋介石从陕南、豫西、山西等地调集胡宗南等部7个旅13个团进攻陕甘宁边区；3月18日，中共中央，中央军委总部及陕甘宁边区等党政机关撤离延安，转战陕北；8月，中国人民解放军转入战略进攻。1948年4月22日收复延安，陕甘宁边区政府又迁回延安城。
1946年到1949年，榆横、神府及关中地区相继解放。1949年2月下旬增设黄龙分区，3月增设榆林、大荔2分区，将晋绥边区行政公署撤销，另设晋南和晋西北（后并入晋南行政区）2个行政公署，来隶陕甘宁边区政府；4月增设西府分区（后改名邠县分区）；5月又增设渭南、咸阳、宝鸡3分区及西安市，并撤销延属分区，设立陕北行政公署；6月14日边区政府迁驻西安新城；7月增领伊盟自治区；8月增领甘肃行政区；9月增领宁夏、新疆、青海3省；10月中原临时人民政府所辖之陕南行政区来属。1950年1月1日晋南行政区往属山西省，伊盟自治区往属绥远省；1月8日甘肃行政区改为甘肃省，成立省政府；1月10日成立陕西省人民政府；1月19日西北军政委员会成立，陕甘宁边区政府完成使命，宣告结束。
1949年12月，陕甘宁边区辖地约为今陕、甘、宁、青、新5省区全部，山西省西半部，湖北省郧阳地区，内蒙古自治区河套及套西地区。边区政府驻西安市，辖1个直辖市，6个直属分区，4个行政区，1个自治区及3个省；共有1个省级市，4个省会市，24个分区，355个县（包括县级市、镇、旗、设治局）。治所在今陕西省境内的有西安市，陕北、陕南2行政区及6个直属分区。