东北地区的情况很特殊，在我国古代历史上，东北地区属于中原王朝与草原游牧政权，反复争夺的区域。在中原王朝强盛时期，基本上能够控制东北各地。但如果中原王朝进入衰败期，那么，中原王朝只能依靠辽宁各地进行战略防御。因此，在很长一段时间内，东北地区存在人口偏少、耕地数量不足等问题。
我国行省制度出现与元朝，1279年，元朝消灭了大金国、西夏国、大理国、南宋等政权以后，建立了一个疆域面积非常辽阔的帝国。随着疆域面积的扩大，唐宋时期的州县两级区划，对于元朝并不合适。元朝在金国行尚书台制度的基础上，进一步完善以后，推出了行省制度。元朝把全国划分为10个行省，例如河南江北行省、甘肃行省、四川行省。
其中，东北地区隶属于辽阳行省管理。1368年，明朝建立以后，在元朝行省制度的基础上，进一步完善。在长城以南地区，逐步形成了南北直隶与13个省的区划框架。在东北地区，由于与蒙古草原各部反复拉锯。因此，明朝在东北地区没有组建行省，而是设立了奴儿干都司。
17世纪中期，清朝逐步消灭了各地的农民起义军和南明势力，确立了自己的统治。清朝在明朝行省区划的基础上，进一步完善和调整。截止清朝雍正皇帝在位时期，形成了内陆18个省的区划框架。东北地区的情况特殊，清朝把东北地区视为自己的龙兴之地，曾经严禁中原百姓进入东北地区。
截至清朝嘉庆皇帝在位时期，东北的总人口只有100余万人。清朝在东北地区，设立了3大辖地将军，分别是：黑龙江将军、盛京将军、吉林将军。由于缺乏地方区划和各级地方官员，清朝对东北地区的实际控制力很有限。由于人口太少，大量的耕地无人耕种、大量的资源无法开采，对于清朝巩固国防也非常不利。
进入清朝统治的后期，西方列强对清朝发动了一系列的战争，清朝一败再败。东北地区资源丰富，战略地位非常重要，西方列强纷纷染指东北地区。1908年，出于加强对东北地区管理的需要，清朝撤销了三大将军辖地，组建了东北三省，组建了奉天省、吉林省、黑龙江省。
1912年，已经统治了200多年的清朝灭亡，我国进入了军阀混战的阶段。当时，东北地区在奉系军阀的控制之下。1928年，奉天省更名为辽宁省。同一年，我国组建了热河省。由于热河省管理了东北地区的大部分区域，因此，也被划入了东北地区。1928年之后，出现了东北四省的说法。
1931年9月，日本军队发动了九一八事变。在半年多时间内，日本军队逐步占领了东北全境，并且扶持了伪政权。为了加强对东北地区的控制，日本军队拆分了东北地区原有的三省区划，设立了东北14省和2个特别市的区划格局。
分别是：长春特别市、哈尔滨特别市、奉天省、锦州省、滨江省、安东省、间岛省、黑河省、三江省、龙江省、吉林省、热河省、兴安东省、兴安西省、兴安南省、兴安北省。到了1939年，东北地区的区划，进一步调整为1个特别市、19个省。
分别是：长春特别市、安东省（省会在丹东）、奉天省（省会在沈阳）、锦州省（省会在锦州）、吉林省（省会在吉林）、热河省（省会在承德）、间岛省（省会在延吉）、黑河省（省会在黑河）、三江省（省会在佳木斯）、龙江省（省会在齐齐哈尔）、滨江省（省会在哈尔滨）、兴安东省（省会在扎兰屯）、兴安西省（省会在开鲁）、兴安北省（省会在海拉尔）、兴安南省（省会在王爷庙）、牡丹江省（省会在牡丹江）、通化省（省会在通化）、东安省（省会在密山）、北安省（省会在北安）、四平省（省会在四平）。
当时，每个省的管理范围都很有限，仅仅比当代的地级市大一点。当然，这是伪政权划分的区划。1945年8月，日本战败投降以后，扶持了各个伪政权，立刻土崩瓦解。东北地区光复以后，为了加强东北地区的管理、减少机构重叠。当时的政权调整了东北地区的区划，东北19省被压缩为东北9省。
东北地区出现了3个特别市、9个省的区划框架，分别是：沈阳特别市、大连特别市、哈尔滨特别市、辽宁省（省会在沈阳）、安东省（省会在通化）、辽北省（省会在双辽）、吉林省（省会在吉林）、松江省（省会在牡丹江）、合江省（省会在佳木斯）、黑龙江省（省会在齐齐哈尔）、嫩江省（省会在北安）、兴安省（省会在海拉尔）。
这一时期，沈阳的情况非常特殊，既属于特别市，同时也是辽宁省的省会城市。1949年，三大战役结束以后，东北地区已经基本解放。出于管理东北地区的实际吸引，东北地区的区划框架，调整为7个直辖市、6个省，分别是：沈阳市、抚顺市、鞍山市、本溪市、旅大市、哈尔滨市、长春市、辽东省（省会在丹东）、辽西省（省会在锦州）、吉林省（省会在吉林）、黑龙江省（省会在齐齐哈尔）、松江省（省会在哈尔滨）和热河省（省会在承德）。
当时，出于管理大城市的需要，我国在东北地区组建了7个直辖市。从全国区划来说，西安市、广州市、武汉市等区域性大城市，也被临时提升为直辖市。50年代以后，随着大规模战争的结束，我国进入了战后重建、恢复生产、发展经济的阶段。从经济发展的角度来说，过分复杂的区划，并不利于经济发展。东北地区的区划，开始出现一系列的变化和调整。
东北地区的7个直辖市被降级，辽东省与辽西省合并，重新组建了辽宁省。松江省并入了黑龙江省，组建了新的黑龙江省。1955年，热河省被撤销，管理范围分别划入了辽宁省、内蒙古、河北省。截止1955年，我国重新形成了东北三省的区划框架。
不过，这一时期的东北三省，在区划框架上，与清末时期的东北三省，存在很大的差异。例如在清朝末期，当代黑龙江省的东部，隶属于吉林省管理。随着50年代的区划调整，东北三省的区划框架，重新稳定下来。
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