在1907年，在徐世昌的推動(dòng)下，東北廢除旗民分治制度，采用一元化的民政統(tǒng)治手段，仿照關(guān)內(nèi)設(shè)省。三省各設(shè)一名巡撫，徐世昌為三省總督?！皷|三省”這個(gè)名詞就此誕生。當(dāng)時(shí)的奉天省主體上是今天的遼寧省和吉林省南部，吉林省則管轄松花江、烏蘇里江、圖們江合圍起來的一個(gè)三角形區(qū)域，黑龍江省則分管松花江以北區(qū)域。

民國建立后，基本繼承了清末東三省格局。只是北洋政府在承德、赤峰一帶設(shè)置相當(dāng)于省一級的熱河特別行政區(qū)域，目的是為了抑制蒙古王公分裂勢力;南京國民政府北伐后，將熱河行政區(qū)改為正式的省。雖然熱河建省成功，但背后的實(shí)際管理者卻是易幟后的東北軍，省主席的位置也歸屬東北軍的原熱河都統(tǒng)湯玉麟所有。

熱河省人口結(jié)構(gòu)和行政管理等諸多方面與東三省比較接近，通常也被視為東北地區(qū)的一部分。此外還出現(xiàn)了“東省特別區(qū)”這個(gè)非常特殊的省級政區(qū)，獨(dú)立于東三省之外，管轄滿洲里到綏芬河，以及哈爾濱至長春原中東鐵路沿線一帶。

“九一八”事變后，偽滿洲國隨之成立。對于這個(gè)傀儡國家而言，高層區(qū)劃只設(shè)四省一區(qū)顯然是不夠的。在省區(qū)不斷縮小的嘗試中，東北省級區(qū)劃一下子進(jìn)入了動(dòng)蕩期。偽滿洲國先是在西部蒙古族聚居地區(qū)設(shè)立興安省，隨后將奉天、吉林、黑龍江、熱河等東北四省一下子改劃為十個(gè)省;興安省則被劃分為興安東、西、南、北四省。

1937年以后，偽滿洲國又新設(shè)通化、牡丹江、北安、東安、四平等省，省份數(shù)量最多時(shí)曾達(dá)到19個(gè)。由于偽滿洲國統(tǒng)治東北14年的過程中頻繁進(jìn)行區(qū)劃調(diào)整，清末以來逐步構(gòu)建的東三省或東四省認(rèn)同已經(jīng)消失殆盡。