明洪武二年（1369年），沽源隶北平行省开平府，后废府置卫，隶北平都司；宣德五年（1430年），开平卫移卫独石口，沽源复成为北元蒙古族人的驻牧地 。明朝时期，沽源处于边疆地区，为了防御蒙古的侵扰，明朝政府在这里设置了众多的卫所和城堡，派遣重兵屯守。这些军事设施在当时起到了重要的防御作用，也促进了当地的经济和文化发展。
清康熙十四年（1675年），县境由东向西分属察哈尔镶白旗、察哈尔正白旗和察哈尔镶黄旗牧地，由在京蒙古都统兼管，隶理藩院典属司 。雍正十年（1732年）设多伦诺尔理事同知厅，雍正十二年（1734年）置独石口理事同知厅，沽源以好来沟、石柱子、老掌沟一线为界，南北分属直隶省独石口、多伦诺尔二厅管辖 。乾隆二十六年（1761年），在张家口设察哈尔都统，专管察哈尔八旗游牧和军务之事，多伦诺尔、独石口二厅属之 。光绪七年（1881年），改多伦诺尔、独石口理事同知厅为多伦诺尔、独石口抚民同知厅，沽源分属直隶省口北道多伦诺尔、独石口二厅 。清代，沽源成为皇家牧场基地之一，草原上的游牧文化与内地的农耕文化相互交融，形成了独特的文化风貌。
1913年2月，裁撤独石口抚民同知厅，改为独石县，县治独石口，隶属直隶省口北道 。1914年7月，隶察哈尔特别区兴和道 。1915年8、9月间，因独石口城西傍沽水（白河），北近其源，更名沽源县，隶属不变 。1919年，沽源县政府驻地由独石口迁驻小河子，隶属不变 。1928年6月28日，隶河北省，9月17日，隶察哈尔省 。1935年12月，沽源县境以狼尾巴山，南、北石柱子，小厂，椴木梁，东栅子一线为界，分隶察哈尔省和伪“满洲国丰宁县” 。1936年1月22日，沽源县分隶伪“察哈尔盟”和伪“满洲国丰宁县” ；1936年7月19日至1945年8月13日，沽源县分隶伪“察哈尔盟宝源县”和伪“满洲国丰宁县” 。在这一时期，沽源经历了政权的更迭和战乱的洗礼，人民生活困苦，但也激发了当地人民的反抗精神，为后来的抗日战争和解放战争奠定了群众基础。
1940年4月，随着平北抗日根据地建立，逐步建立联合县人民民主政权 。1941年3月，西辛营乡、莲花滩乡沿坝一带隶属晋察冀边区北岳区冀北办事处十四专署（平北）龙崇赤联合县十一区 ；1943年2月26日，西辛营乡、莲花滩乡沿坝一带隶属晋察冀边区北岳区平北办事处龙崇赤联合县十一区 ；1944年10月，西辛营乡、莲花滩乡沿坝一带隶属晋察冀边区冀察区行署十二专署（平北）赤源联合县九区 ；1945年6月，成立沽源县 。8月13日，宝昌解放，月底，成立宝源县，县治宝昌镇，11月6日，宝源县隶晋察冀边区行政委员会察哈尔省人民政府察北专区（十三专区） 。1946年4月，宝源县隶察北专区（七专区） 。10月，宝源县隶晋察冀边区政府冀热察区行政公署察北专区 。1946年10月17日，国民党占据沽源；1947年2月，设国民党沽源县政府，县治平定堡，隶察哈尔省 。1947年2月，中共宝源县与张北县合并，成立张宝联合县，隶晋察冀边区冀热察区行政公署察北专区，7月联合县分开 。1947年5月，宝源县隶属东北行政委员会冀热察辽办事处冀热察行署察北专区 。1948年9月10日，平定堡第二次解放，隶华北联合行政委员会晋察冀边区北岳区察北专区；12月28日，宝源县全境解放，隶华北人民政府北岳区察北专区 ；1949年1月15日，隶属华北人民政府察哈尔省人民政府察北专区 。在抗日战争和解放战争期间，沽源人民积极投身革命，为国家的独立和民族的解放做出了巨大的贡献。
1950年8月28日，沽源与宝昌分设，沽源县治平定堡，隶察哈尔省察北专区 。1952年4月18日，沽源县隶华北行政委员会察哈尔省察北专区 。1952年11月15日，撤销察哈尔省建制，沽源县隶河北省张家口专区 。1958年9月19日，沽源县所辖行政区域并入张北县，县治张北，隶张家口专区 。1959年5月13日，撤销张家口专区，改隶张家口市 。1961年5月25日，恢复沽源县，县治平定堡，隶张家口专区 。1967年12月，张家口专区更名为张家口地区，沽源县隶属之 。1993年6月19日，实行地、市合并。7月1日，张家口地区与张家口市正式合并为张家口市，沽源县隶张家口市至今 。新中国成立后，沽源迎来了新的发展机遇，经济社会得到了快速发展，人民生活水平不断提高。
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