1949年徐州市直屬山東省管轄，新海連市屬山東魯中南行署管轄。1952年11月中央決定，1953年1月徐州市正式劃歸江蘇省直轄，新海連市劃屬江蘇徐州專區。

1953年1月江蘇建省，徐州市為省轄市，設徐州專區，專員公署駐徐州市。原屬山東省臨沂專區的新海連市及贛榆、東海、邳縣3縣，滕縣專區的銅北、華山、沛縣、豐縣4縣，和原屬皖北行署區宿縣專區的碭山、蕭縣2縣及原由蘇北行署直轄的淮北鹽區，劃入徐州專區。徐州專區轄1市9縣1鹽區。同年，原屬淮陰專區的新沂、睢寧、邳睢3縣劃入徐州專區。撤銷銅北、華山、邳睢3縣，復設銅山縣。撤銷淮北鹽區。東海縣政府遷海州城。徐州專區轄1市10縣。

1954年，新海連市改為省轄市；同年12月，蕭縣、碭山2縣劃歸安徽省。1958年，原由省轄的徐州、新海連2市，劃歸徐州專署領導。1960年，銅山縣劃歸徐州市領導。1961年，新海連市改名為連云港市。1962年，徐州、連云港2市改為省轄市，徐州市領導的銅山縣劃歸徐州專區。1965年10月26日，江蘇省人民委員會批準徐州市設立礦區。

1970年，徐州專區改稱徐州地區，專署駐徐州市，轄豐縣、沛縣、贛榆、東海、新沂、邳縣、睢寧、銅山8縣。1983年，撤銷徐州地區，將銅山、豐縣、沛縣、邳縣、睢寧、新沂6縣劃歸徐州市；東海、贛榆兩縣劃歸連云港市。徐州市區設有鼓樓、云龍、賈汪、礦區、郊區5個區。

1990年2月起，經國務院批準，先后撤銷新沂、邳縣，改設新沂、邳州市；徐州市共轄2市4縣4區。

1993年，調整市區行政區劃：將郊區的朱莊鄉、下淀鄉及王場街道辦事處劃歸鼓樓區管轄，獅子山鄉劃歸云龍區管轄；將云龍區的王陵、永安、西關和湖濱4個街道辦事處劃歸郊區管轄；將鼓樓區的夾河、和平2個街道辦事處及銅沛、牌樓2個街道辦事處位于中山北路以西的居委會劃歸郊區管轄，將子房街道辦事處位于響山北路以南的居委會劃歸云龍區管轄。同年調整市、縣行政區劃：將銅山縣的青山泉、大泉、紫莊、汪莊，鹿莊、汴塘、大吳、塔山、耿集9個鄉及礦區的青山泉、董莊、旗山、權臺4個街道辦事處劃歸賈汪區管轄；將銅山縣的拾屯鄉和夾河鄉的火花、群英2個村劃歸礦區管轄；將徐州市郊區更名為泉山區。

1998年經省人民政府批準，將新沂市炮車鎮劃歸邳州市管轄；將邳州市合溝鎮劃歸新沂市管轄；將銅山縣潘塘鎮劃歸徐州市泉山區管轄；撤銷泉山區潘塘鎮，設立潘塘街道辦事處。

2005年1月統計數據：面積11258.3平方千米（其中市轄區1037.7平方千米），人口916.9萬（其中市轄區167.5萬），轄5個市轄區、2個縣級市、4個縣43個街道、114個鎮，395個居委會、2280個村委會，其中市轄區共計43個街道、7個鎮，268個居委會、156個村委會。

2005年5月18日，國務院批準（國函[2005]41號）：將銅山縣大黃山鎮和大廟鎮劃歸徐州市鼓樓區管轄。2005年6月14日，江蘇省人民政府（蘇政發[2005]53號文件）同意調整徐州市部分行政區劃：將銅山縣大黃山鎮和大廟鎮劃歸徐州市鼓樓區管轄。行政區劃調整后，鼓樓區行政區域面積212平方千米，人口38.1萬，轄8個街道辦事處、2個鎮；銅山縣行政區域面積1856.6平方千米，人口118.2萬，轄20個鎮。調整前，鼓樓區行政區域面積40平方千米，人口27.9萬（2004年）；銅山縣行政區域面積1999.6平方千米，人口129.2萬（2004年）。

2010年，撤銷徐州市九里區。將原九里區的九里街道和龐莊街道的拾東村劃歸徐州市鼓樓區管轄；將原九里區的火花、蘇山、桃園和龐莊（不含拾東村、拾西村和昕昕居委會）4個街道劃歸徐州市泉山區管轄；將原九里區的義安、利國、張集、垞城、電廠、張雙樓、三河尖、拾屯8個街道以及龐莊街道的拾西村和昕昕居委會劃歸銅山縣管轄。撤銷銅山縣，設立徐州市銅山區。銅山區人民政府駐銅山鎮。調整后，徐州市轄5個市轄區、3個縣，代管2個縣級市，即鼓樓區、云龍區、賈汪區、泉山區、銅山區、新沂市、邳州市、豐縣、沛縣、睢寧縣。