民国元年（1912），五原厅改为五原县，仍统辖后套地区。民国3年（1914），今巴彦淖尔市全境除磴口县外，皆划归绥远特别区管辖（磴口县境属甘肃省阿拉善霍硕特别旗）。民国8年（1919），划出乌拉特后旗部分地区，设置固阳设治局（1926年改县）。民国11年（1922），划出原乌拉特后旗、乌拉特前旗各一部分地区，设置包头设治局（1926年改县）。

民国14年（1925），划出包头与五原县接壤之后套东部地，设置大佘太设治局（1926年改安北设治局）。民国15年（1926）5月，划出五原县丰济渠以西之地，设置临河设治局（1929年升县）。民国15年（1926），冯玉祥在五原誓师北伐后，率领国民联军经过阿拉善旗磴口、沙金陶海巴格时，为便于军需供给，在此划设磴口县建制，隶属甘肃省。民国18年（1929），国民政府明令设置磴口县，并划归宁夏回族自治区管辖。同年，今巴彦淖尔市除磴口县外，各县统归绥远省政府管辖。