民国五年（1916）设立江巴璧合特组峡防营。
民国十二年（1923）改设峡防团务局。
1927年，著名民族实业家卢作孚出任峡防团务局局长，一方面继续加强地方治安秩序，一方面积极开展乡村建设，在他的主持下，先后建成了嘉陵江温泉公园（北温泉公园）、平民公园（北碚公园）、民众体育场（北碚体育场）、兼善中学、中国西部科学院（中国西部地区成立的第一家科学院）、北川铁路（四川省修建的第一条铁路）、三峡染织工厂，天府煤矿（四川省最大的煤矿）等。并整修街道，发展贸易，治理险滩，疏通航道，到1936年北碚嘉陵江乡村建设实验区署成立时，北碚已发展成为一个拥有一定经济实力，教育文化相对发达的西部小城镇。卢作孚也成为建设北碚的奠基人，发展北碚的开拓者。
民国二十五年（1936）划江北、璧山、巴县的2镇3乡成立嘉陵江三峡乡村建设实验区，为一等县设置。抗战时期，国民政府明定重庆为陪都，由于北碚风景优美，距市区仅数十公里，并有嘉陵江水路和碚青公路可通，很快被确定为重要的迁建区。一时间，在北碚及其附近乡镇，迁入上百的政府机关、科研机构、大专院校、文化单位，云集了上千的政治家、科学家、教育家、文学艺术家。北碚从此闻名遐迩，被人们称之为“陪都之陪都”、“小陪都”，北碚也成为大后方重要的文化区，当时北碚的夏坝，与市区的沙坪坝、江津的白沙坝及成都的华西坝并称为大后方的“文化四坝”。据1940年人口普查统计，实验区共有人口97349人，比1936年净增32065人。
民国三十一年（1942年）为适应战时北碚的发展形势，四川省政府报经国民政府行政院批准，将嘉陵江三峡乡村建设实验区改设为北碚管理局，“照一等县设置，组织和权责与一般县政府相同”，隶属四川省政府领导，受第三区专员公署监督，至此，北碚列为正式行政区，管理权限进一步扩大。随着人口的增加和城镇管理的加强，城市建设也加快了速度，进行了大规模的填沟防洪、修建改建下水道，扩宽道路，陆续建成了中山、中正、林森等新路，市区面积不断扩大，城镇面貌大为改观，逐步发展成为一个具有一定市政基础、公共设施较为齐全、城市环境较为优美的卫星城镇，成为民国时期西部地区城镇发展的一个典范。
抗日战争时期的北碚，不仅是大后方重要的文化区，而且也是陪都重庆的重要能源基地、纺织工业基地和一些重要事业的试验基地。据1945年统计，北碚有天府、宝源、华蓥、全济、复兴隆、三才生等大大小小60多座煤矿，专用煤码头7个，储煤坪130多座，煤炭从业人员2万多人，年产原煤70多万吨。北碚生产的煤炭，通过嘉陵江“黄金水道”，上达南充、达县、遂宁等地，下抵重庆并经长江可达江津、泸州、宜宾、乐山等地，主要保证重庆地区兵工、纺织、机械、冶炼、航运、电力等1228家企业的70%的工业燃煤和近100万市民的民用煤的供应，是大后方最重要的煤炭生产基地。抗日战争爆发后，1930年建立的北碚三峡染织厂与内迁常州大成织布厂、汉口隆昌染厂合并，组成大明染织股份有限公司，占地32000平方米，厂房182间，设备230多台，其独自开发生产的大明蓝布，质优价廉，畅销西南。此外，还有西南麻织厂股份有限公司第三工厂、私立协兴染织厂、重庆蜀华布厂北碚分厂、北碚黄桷棉织社等。抗战时期，北碚还被确定为国民政府地籍整理实验区、扶持自耕农示范区和荣誉军人自治实验区等。
中华人民共和国成立后，1950年设立重庆北碚行政管理处，后更名为川东行署北碚管理处。
1951年，建立川东行署北碚市，为川东人民行政公署首府，为中共中央西南局夏季办公地点。
1953年撤市改区，为重庆市第六区，为一等区。
1955年，定名为重庆市北碚区。
1995年，原江北县水土镇、静观镇等6镇2乡划入北碚。2004年，将原北温泉镇、龙凤桥镇、东阳镇改为北温泉街道、龙凤桥街道、东阳街道。2005年又将原金刀峡镇和偏岩镇合并为金刀峡镇，三圣镇和石坝镇合并为三圣镇。
