民國元年（1912年），四川軍政府改組為中華民國四川都督府，撤銷道一級建置，改為省直轄府、州、廳、縣，省會設在成都府。民國二年（1913年）袁世凱實行“軍民分治”，將四川省分置為川西、上川南、下川南、川北、川東和邊東、邊西7道，後改盆地5道名為西川、建昌、永寧、嘉陵、東川。同時廢府、州、廳建置，將縣直隸於道。
民國三年（1914年），裁去邊東、邊西兩道，劃康定縣以西30個縣為川邊特別區域（包括金沙江以西的昌都地區），受四川省節制。
民國七年（1918年），由於軍閥混戰，四川實行防區制，劃分為18個行政督察區及西康行政督察區（原川邊特別區）。
民國十七年（1928年)9月，成都市政公所改建為成都市政府，為四川省會。
第二次國內革命戰爭時期，中國工農紅軍一、二、四方面軍先後長征進入四川。（紅四方面軍於1932年12月至1935年4月，在今四川省通江縣為中心，建立了川陝革命根據地，面積42000多平方公里，人口達700萬，是當時全國第二大革命根據地。）
民國二十四年（1935年）2月，以劉湘為省主席的新一屆四川省政府成立，撤消防區制，川政統一。3月初，蔣介石乘機赴四川考察，這是他生平第一次踏上四川土地。蔣介石大力整頓四川的軍事、財政和交通設施，有效加強了國民政府在四川的影響。
民國二十六年（1937年）9月，川軍將士在成都少城公園（今人民公園）召開出川抗戰誓師大會。抗戰時期約有350萬四川人出川抗戰，保家衛國，留下了“川人從未負國”的佳話。
民國二十八年（1939年），將原西康行政督察區和四川所屬第十七、十八行政督察區合併，設立西康省，實行川、康分治。
民國二十八年（1939年），遷都至重慶的國民政府頒令，將重慶由二級乙等四川省轄市升格為甲等中央院轄市，析出四川省。
1949年12月，中國人民解放軍進駐成都。1950年1月，撤銷四川省，並將今四川地區劃分為川西、川東、川北、川南4個行署區和西康省。4個行署區和西康省共轄21個專區、6個市、191個縣。
1952年9月，又撤銷川東、川西、川南、川北行署區，恢復四川省建制，在成都成立四川省人民政府。
1954年9月，重慶市再次併入四川省建制。
1954年，四川省通江縣碑壩區劃入陝西省。
1955年，撤銷西康省，金沙江以東各縣劃歸四川省。
1957年，四川省旺蒼縣三道鄉劃入陝西省。
1997年，原四川省計劃單列市重慶市與地級市涪陵市、萬縣市、黔江地區從四川省整體劃出組建重慶直轄市。至此川渝分治，形成今四川省行政區域。
2014年10月，國務院批覆四川天府新區成為國家級新區。
2016年4月，國務院批覆《成渝城市群發展規劃》，將成都定位為國家中心城市。
2017年3月，國務院批覆成立中國（四川）自由貿易試驗區。
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