1954年1月25日设立海西蒙藏哈萨克族自治区，自治区人民政府驻都兰蒙古族自治区察汗乌苏。辖都兰蒙古族自治区（由原都兰县自治区部分地区设置，相当于县级）、天峻藏族自治区（由原都兰县自治区部分地区设置，驻唐乃亥。相当于县级）、阿尔顿曲克哈萨克族自治区（1953年12月原都兰县郭里峁哈萨克族自治区改称阿尔顿曲克哈萨克族自治区，驻格尔木，相当于区级）。

1955年海西蒙藏哈萨克族自治区改设海西蒙藏哈萨克族自治州，自治州人民委员会驻都兰县察汗乌苏。原都兰蒙族自治区改设都兰县（驻香日德镇），原天峻藏族自治区改设天峻县（驻热那亥）。同年10月23日建立格尔木临时工作委员会，驻格尔木，属柴达木工作委员会领导。海西蒙藏哈萨克族自治州辖2县及阿尔顿曲克哈萨克族自治区（由自治州直辖的区级行政单位）。

1956年设立德令哈临时工作委员会，驻巴音河。海西蒙藏哈萨克族自治州辖2县、1工作委员会。

1958年撤销德令哈临时工作委员会，改设德令哈县。同年11月设立县级的茶卡工作委员会，领导原属都兰县的茶卡和南柯柯、北柯柯、王家、希里沟4乡。茶卡工作委员会驻希里沟，属海西蒙藏哈萨克族自治州领导。海西蒙藏哈萨克族自治州辖3县、1工作委员会。

1959年海西蒙藏哈萨克族自治州人民委员会与柴达木行政委员会驻大柴旦合署办公。撤销茶卡工作委员会，改设乌兰县（驻希里沟）；设立县一级的冷湖市临时工作委员会（驻冷湖）。都兰县驻地由香日德镇迁察汗乌苏；天峻县驻地热那亥改名新原；茫崖工作委员会由茫崖迁驻油砂山；唐古拉山工作委员会迁托托河沿。

1960年以马海和格尔木工作委员会的部分地区设立大柴旦市；撤销冷湖市临时工作委员会，设立冷湖市；撤销格尔木工作委员会，以原格尔木工作委员会的部分地区设立格尔木市。辖3市、4县、3工作委员会。

1962年撤销德令哈县，并入乌兰县。

1963年海西蒙藏哈萨克族自治州改名为海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。自治州人民委员会由大柴旦市迁驻乌兰县德令哈。撤销柴达木行政委员会，原柴达木行政委员会所属大柴旦、冷湖、格尔木3市和乌兰、都兰、天峻3县划归海西蒙古族藏族哈萨克族自治州领导。自治州辖大柴旦、冷湖、格尔木3市，乌兰（驻希里沟）、都兰（驻察汗乌苏）、天峻（驻新原）3县和茫崖（驻油砂山）、马海、唐古拉（驻托托河沿）3工作委员会。

1964年撤销冷湖、大柴旦2市和马海、茫崖2工作委员会，将冷湖、大柴旦、茫崖3地区分别设立冷湖、大柴旦、茫崖3镇，由海西蒙古族藏族哈萨克族自治州直接领导。将马海地区划归冷湖镇领导。撤销唐古拉山工作委员会，并入格尔木市。海西蒙古族藏族哈萨克族自治州辖格尔木市及乌兰、都兰、天峻3县。

1965年撤销格尔木市，改设格尔木县。海西蒙古族藏族哈萨克族自治州辖乌兰（驻希里沟）、都兰（驻察汗乌苏）、天峻（驻新原）、格尔木4县。

〔柴达木盆地工作委员会、柴达木盆地行政委员会、柴达木行政委员会〕 1956年设立柴达木盆地工作委员会，驻大柴旦。辖茫崖、格尔木、唐古拉山（驻温泉）、马海4工作委员会。

1957年撤销柴达木盆地工作委员会，改设柴达木盆地行政委员会，仍辖茫崖、格尔木、唐古拉山（驻温泉）、马海4工作委员会。

1958年柴达木盆地行政委员会改名为柴达木行政委员会。

1959年柴达木行政委员会与海西蒙藏哈萨克族自治州人民委员会驻大柴旦合署办公。

1963年撤销柴达木行政委员会，原柴达木行政委员会所属大柴旦、冷湖、格尔木3市和乌兰、都兰、天峻3县划归海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。