1949年徐州市直属山东省管辖，新海连市属山东鲁中南行署管辖。1952年11月中央决定，1953年1月徐州市正式划归江苏省直辖，新海连市划属江苏徐州专区。
1953年1月江苏建省，徐州市为省辖市，设徐州专区，专员公署驻徐州市。原属山东省临沂专区的新海连市及赣榆、东海、邳县3县，滕县专区的铜北、华山、沛县、丰县4县，和原属皖北行署区宿县专区的砀山、萧县2县及原由苏北行署直辖的淮北盐区，划入徐州专区。徐州专区辖1市9县1盐区。同年，原属淮阴专区的新沂、睢宁、邳睢3县划入徐州专区。撤销铜北、华山、邳睢3县，复设铜山县。撤销淮北盐区。东海县政府迁海州城。徐州专区辖1市10县。
1954年，新海连市改为省辖市；同年12月，萧县、砀山2县划归安徽省。1958年，原由省辖的徐州、新海连2市，划归徐州专署领导。1960年，铜山县划归徐州市领导。1961年，新海连市改名为连云港市。1962年，徐州、连云港2市改为省辖市，徐州市领导的铜山县划归徐州专区。1965年10月26日，江苏省人民委员会批准徐州市设立矿区。
1970年，徐州专区改称徐州地区，专署驻徐州市，辖丰县、沛县、赣榆、东海、新沂、邳县、睢宁、铜山8县。1983年，撤销徐州地区，将铜山、丰县、沛县、邳县、睢宁、新沂6县划归徐州市；东海、赣榆两县划归连云港市。徐州市区设有鼓楼、云龙、贾汪、矿区、郊区5个区。
1990年2月起，经国务院批准，先后撤销新沂、邳县，改设新沂、邳州市；徐州市共辖2市4县4区。
1993年，调整市区行政区划：将郊区的朱庄乡、下淀乡及王场街道办事处划归鼓楼区管辖，狮子山乡划归云龙区管辖；将云龙区的王陵、永安、西关和湖滨4个街道办事处划归郊区管辖；将鼓楼区的夹河、和平2个街道办事处及铜沛、牌楼2个街道办事处位于中山北路以西的居委会划归郊区管辖，将子房街道办事处位于响山北路以南的居委会划归云龙区管辖。同年调整市、县行政区划：将铜山县的青山泉、大泉、紫庄、汪庄，鹿庄、汴塘、大吴、塔山、耿集9个乡及矿区的青山泉、董庄、旗山、权台4个街道办事处划归贾汪区管辖；将铜山县的拾屯乡和夹河乡的火花、群英2个村划归矿区管辖；将徐州市郊区更名为泉山区。
1998年经省人民政府批准，将新沂市炮车镇划归邳州市管辖；将邳州市合沟镇划归新沂市管辖；将铜山县潘塘镇划归徐州市泉山区管辖；撤销泉山区潘塘镇，设立潘塘街道办事处。
2005年1月统计数据：面积11258.3平方千米（其中市辖区1037.7平方千米），人口916.9万（其中市辖区167.5万），辖5个市辖区、2个县级市、4个县43个街道、114个镇，395个居委会、2280个村委会，其中市辖区共计43个街道、7个镇，268个居委会、156个村委会。
2005年5月18日，国务院批准（国函[2005]41号）：将铜山县大黄山镇和大庙镇划归徐州市鼓楼区管辖。2005年6月14日，江苏省人民政府（苏政发[2005]53号文件）同意调整徐州市部分行政区划：将铜山县大黄山镇和大庙镇划归徐州市鼓楼区管辖。行政区划调整后，鼓楼区行政区域面积212平方千米，人口38.1万，辖8个街道办事处、2个镇；铜山县行政区域面积1856.6平方千米，人口118.2万，辖20个镇。调整前，鼓楼区行政区域面积40平方千米，人口27.9万（2004年）；铜山县行政区域面积1999.6平方千米，人口129.2万（2004年）。
2010年，撤销徐州市九里区。将原九里区的九里街道和庞庄街道的拾东村划归徐州市鼓楼区管辖；将原九里区的火花、苏山、桃园和庞庄（不含拾东村、拾西村和昕昕居委会）4个街道划归徐州市泉山区管辖；将原九里区的义安、利国、张集、垞城、电厂、张双楼、三河尖、拾屯8个街道以及庞庄街道的拾西村和昕昕居委会划归铜山县管辖。撤销铜山县，设立徐州市铜山区。铜山区人民政府驻铜山镇。调整后，徐州市辖5个市辖区、3个县，代管2个县级市，即鼓楼区、云龙区、贾汪区、泉山区、铜山区、新沂市、邳州市、丰县、沛县、睢宁县。