Ngày 20/7/1954, Hiệp định Giơ-ne-vơ về “chấm dứt chiến tranh lập lại hòa bình ở Việt Nam” được ký kết, cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp của nhân dân ta đã kết thúc thắng lợi mở ra bước ngoặt quan trọng cho cách mạng cả nước: miền Bắc hoàn toàn giải phóng, cách mạng nước ta bước vào thời kỳ mới - thời kỳ thực hiện hai nhiệm vụ chiến lược xây dựng CNXH và đấu tranh thống nhất nước nhà. Trong giai đoạn này cũng như nhiều địa phương khác, Yên Bái phải đối phó với những âm mưu, thủ đoạn thâm độc của kẻ thù trong kế hoạch “hậu chiến” của chúng. Ngay sau khi hiệp định Giơ-ne-vơ vừa được ký kết, ở Yên Bái, các thế lực thù địch đã tổ chức tung tin xuyên tạc, đe dọa, mua chuộc, ám sát cán bộ chủ chốt. Bọn phỉ nổi lên ở nhiều nơi: Lục Yên, Văn Bàn, Than Uyên, Mù Cang Chải hòng phá hoại thành quả cách mạng của ta. Song với truyền thống đoàn kết, kiên cường, anh dũng, sáng tạo, dưới sự lãnh đạo của Đảng bộ và chính quyền, nhân dân các dân tộc trong tỉnh cùng với lực lượng vũ trang đã tích cực bảo vệ thành quả của cách mạng, đi sâu tuyên truyền đường lối, chủ trương, chính sách của Đảng, vạch trần âm mưu của kẻ thù, củng cố khối đại đoàn kết toàn dân, động viên nhân dân đẩy mạnh tăng gia sản xuất, khắc phục hậu quả chiến tranh, xây dựng quê hương ngày càng giàu đẹp.
Trước âm mưu phá hoại của kẻ thù, lực lượng vũ trang Yên Bái tiếp tục được củng cố tăng cường, phối hợp cùng lực lượng an ninh tấn công tiêu diệt bọn phỉ, triệt phá các ổ nhóm phản động, bọn gián điệp nằm vùng. Các Đại đội 85, 95, 96, 97 được lệnh tham gia chiến dịch tiễu phỉ ở Lào Cai, tiểu đoàn 281 cùng lực lượng an ninh tiến công đập tan âm mưu bạo loạn ở Lục Yên, Văn Bàn, truy bắt 544 tên chỉ điểm, gián điệp, ngụy quân; vận động 885 tên bỏ ngũ đem nộp vũ khí, trở về với nhân dân.
Dưới sự lãnh đạo của tỉnh ủy, nhân dân và lực lượng xung kích các xã dọc tuyến đường sắt, đã tích cực tham gia tuần tra bảo vệ công cuộc khôi phục tuyến đường, đóng góp hàng chục vạn ngày công, 62 nghìn thanh tà vẹt, 1500m3 gỗ, thu nhặt 41 nghìn thanh ray. Các cấp chính quyền chỉ đạo chặt chẽ việc khai hoang, phục hóa, mở rộng sản xuất lương thực, khắc phục nạn đói. Năm 1955, đã trợ cấp cho 1.286 gia đình, khai hoang được 1.160 mẫu ruộng, trồng mới 500 mẫu chè. Đến năm 1958 đã xây dựng được 5.364 tổ đổi công (bằng 86 % nông hộ), tổ chức điểm 4 hợp tác xã với 115 nông hộ để rút kinh nghiệm nhân ra diện rộng, nhờ đó năng suất lúa vượt 135% (so với năm 1955), bình quân lương thực đầu người đạt 458 kg/năm, thuế nông nghiệp thu vượt mức trên giao 118%, thuế công nghiệp vượt 115%. Đến năm 1960, các xã đều đã có trường phổ thông cấp I, huyện có trường cấp II, thị xã có trường cấp III; mạng lưới y tế được xây dựng ở hầu hết các xã. Thực hiện chủ trương của trên, tỉnh đã chỉ đạo xây dựng xã Hưng Khánh (huyện Trấn Yên) vững mạnh về mọi mặt làm điểm cho Quân khu. Kết quả, xã Hưng Khánh được tặng Huân chương chiến công hạng 3, đồng chí Trần Văn Đôn, dân tộc Tày của xã được phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động.
Năm 1962, chính phủ quyết định khởi công xây dựng Nhà máy thủy điện Thác Bà - đứa con đầu lòng của thủy điện Việt Nam - Tỉnh Yên Bái đã hoàn thành thắng lợi cuộc vận động đầy khó khăn, phức tạp, một cuộc chuyển cư lịch sử của tỉnh Yên Bái và miền Bắc lúc bấy giờ, được coi là 1 trong 10 sự kiện nổi bật trong thế kỷ XX của Đảng bộ và nhân dân Yên Bái.
Từ tháng 7/1965 trở đi, Mỹ tăng cường mở rộng chiến tranh phá hoại miền Bắc, công trình thủy điện Thác Bà là trọng điểm đánh phá của địch. Để đảm bảo tiến độ thi công của nhà máy, Đảng bộ tỉnh chủ trương chuyển dân nhanh gọn đợt cuối cùng. Tỉnh đã huy động 500 lao động ở các huyện bạn đến hỗ trợ cho vùng chuyển dân, đã hoàn thành 55 công trình thủy lợi vừa và nhỏ, trong đó có 19 công trình do nhà nước hỗ trợ một phần kinh phí. Đến cuối 1966, công tác chuyển dân cơ bản đã hoàn thành, 2.019 hộ gồm 11.050 người đã được chuyển đến quê mới, có cuộc sống ổn định. Do chiến tranh phá hoại của Mỹ, công tác chuyển dân lòng hồ Thác Bà còn kéo dài đến những năm 1967 - 1968.
Cuộc vận động chuyển dân xây dựng nhà máy thủy điện Thác Bà kết thúc thắng lợi có ý nghĩa chính trị, kinh tế, quốc phòng to lớn, đánh dấu bước trưởng thành vượt bậc của Đảng bộ, chính quyền trong công tác lãnh đạo, tổ chức thực hiện nhiệm vụ chính trị quan trọng, đảm bảo chính sách dân tộc, tôn giáo của Đảng. Đảng bộ nhân dân các dân tộc Yên Bái đã có đóng góp to lớn vào công trình: 54 xã phải chuyển toàn bộ và chuyển một phần với 8.913 hộ, 53.500 nhân khẩu, 5.303 héc ta ruộng cấy 2 vụ (chiếm ¼ diện tích và 1/3 sản lượng lúa hàng năm); 21.000 ha diện tích trồng màu, 20.000 ha rừng; chuyển trên 35.000 di hài cốt, hàng chục nhà thờ, đền chùa, công sở, công trình công cộng, nhà trường, bệnh viện, trạm xá, kho tàng... dành cho công trình thủy điện Thác Bà.
Với quyết tâm đó của Đảng bộ và nhân dân các dân tộc Yên Bái đã góp phần xây dựng thành công thủy điện Thác Bà, cung cấp nguồn điện năng quý giá cho sự nghiệp xây dựng và phát triển quê hương. Sau này quân và dân Yên Bái lại tiếp tục kiên cường đấu tranh bảo vệ nhà máy trong chiến tranh phá hoại của Mỹ.
Đế quốc Mỹ điên cuồng đẩy mạnh cuộc chiến tranh xâm lược nước ta. Thực hiện chủ trương của Đảng, dưới sự lãnh đạo của Đảng bộ và chính quyền, các lực lượng vũ trang Yên Bái tiếp tục được củng cố, tăng cường, nhằm đối phó với âm mưu của Mỹ.
Bị thất bại liên tiếp ở chiến trường miền Nam, từ ngày 5/8/1964, đế quốc Mỹ tiến hành chiến tranh bằng không quân, hải quân đánh phá miền Bắc hòng ngăn chặn sự chi viện cho chiến trường miền Nam. Chiến tranh đã lan rộng ra cả nước. Yên Bái được xác định là mục tiêu trọng điểm đánh phá của máy bay Mỹ. Thực hiện chủ trương của Trung ương Đảng, tỉnh ủy và ủy ban hành chính tỉnh đã lãnh đạo nhân dân, các lực lượng vũ trang chuyển mọi hoạt động của địa phương vào thời chiến, tích cực chuẩn bị mọi mặt sẵn sàng đối phó với chiến tranh phá hoại của đế quốc Mỹ.
Trong khí thế sục sôi chống Mỹ của cả dân tộc, với khẩu hiệu “tất cả để đánh thắng giặc Mỹ xâm lược”, nhân dân các dân tộc và lực lượng vũ trang Yên bái đã nghiêm túc chấp hành sự chỉ đạo của tỉnh ủy, vượt qua khó khăn, tập trung lực lượng, vật tư, vật liệu, trong một thời gian ngắn đã huy động được gần 6 triệu ngày công, đào 1.386 hầm cất giấu máy móc, 445 km giao thông hào, 634.403 hầm tập thể, 727.056 hầm trú ẩn cá nhân, chi viện cho công trường thi công nhà máy thủy điện, sân bay Yên Bái. Các phong trào “Ba sẵn sàng”, “Ba đảm đang”, “Tay cày tay súng”, “Tay bừa tay súng”, “Mỗi người làm việc bằng hai”, “Nghìn việc tốt”... đã động viên được đông đảo các tầng lớp nhân dân Yên Bái sôi nổi tham gia, tạo khí thế và sức mạnh đoàn kết để đánh giặc Mỹ. Chỉ trong một tháng, Yên Bái đã có tới 2.161 thanh niên làm đơn tình nguyện lên đường nhập ngũ. Các lực lượng vũ trang tích cực chuẩn bị sẵn sàng chiến đấu, tổ chức 336 đài quan sát, báo động, hình thành hai cụm phòng không trọng điểm bảo vệ sân bay, thị xã Yên Bái, và công trình thủy điện; các tổ bắn máy bay bằng súng bộ binh được tổ chức và huấn luyện ở hầu hết các xã, các cơ quan, công trường xí nghiệp. Yên Bái đã hình thành một lưới lửa phòng không nhiều tầng, nhiều lớp, rộng khắp, sẵn sàng tiêu diệt máy bay Mỹ.
Ngày 15/6/1965, không quân Mỹ bắt đầu đánh phá Nghĩa Lộ, và sau đó ngày 9/7/1965, máy bay Mỹ đánh phá thị xã Yên bái. Thị xã Yên Bái là một trong những mục tiêu hủy diệt của đế quốc Mỹ, bị đánh phá nhiều lần, có lần liên tục 2 giờ liền. Đế quốc Mỹ điên cuồng trút bom đạn xuống trung tâm thị xã, các trường học, bệnh viện, nhà ga, đường sắt, cầu phà và các công sở gây nhiều thiệt hại về người và tài sản. Cả tỉnh sôi sục khí thế chuẩn bị chiến đấu. Cơ quan quân sự Nghĩa Lộ, thị xã Yên Bái tích cực tổ chức huấn luyện kỹ thuật bắn máy bay súng trường. Nhiều trận địa súng 12 ly 7 của dân quân tự vệ cùng các đơn vị pháo cao xạ của bộ đội chủ lực được bố trí bảo vệ những mục tiêu quan trọng. Với tinh thần chủ động, tích cực sẵn sàng chiến đấu, lực lượng vũ trang thị xã và các vùng lân cận đã kịp thời nổ súng đánh trả máy bay Mỹ ngay từ những phút đầu tiên. Sau mỗi đợt chiến đấu, tỉnh ủy đã kịp thời chỉ đạo rút kinh nghiệm cho các lực lượng, đơn vị. Trong suốt thời gian từ 10/7/1965 đến hết năm 1967, nằm trong những trọng điểm đánh phá hủy diệt của không quân Mỹ, hiệu suất chiến đấu của các lực lượng vũ trang Yên Bái ngày càng được nâng cao. Điển hình: ngay ngày 10/7/1965, 3 tốp máy bay Mỹ bay lại từ hướng Tây Nam bổ nhào đánh phá ác liệt các mục tiêu thị xã, mặc dù dưới mưa bom của quân thù, các lực lượng vũ trang Yên Bái vẫn kiên cường bắn trả, ngay từ loạt đạn đầu, một máy bay F105 đã bị trúng đạn; tiểu đội 2 của Đại đội 2 bị bom vùi lấp, các chiến sỹ vẫn anh dũng chiến đấu, bắn cháy thêm 1 máy bay nữa. Chiến thắng 2 máy bay của Mỹ quân và dân thị xã đã làm nức lòng nhân dân toàn tỉnh. Tháng 8/1965, trong suốt 13 ngày máy bay Mỹ dồn dập đánh phá có tính hủy diệt thị xã Yên Bái, gây cho ta tổn thất lớn (chết 138 người, bị thương 157 người) trong diện tích chưa đầy 4km2, có ngày địch đã dùng tới 48 lượt máy bay phá hoại, nhiều cầu, đường sắt bị hư hại nặng nhưng nhân dân và các lực lượng vũ trang Yên Bi vẫn kiên cường bám trụ, anh dũng chiến đấu, bắn rơi 5 máy bay Mỹ. Ngày 20/8/1965, tiểu đội dân quân dân tộc Tày xã Mậu Đông (huyện Văn Yên) bằng súng bộ binh đã bắn rơi tại chỗ 1 máy bay F 105 (là chiếc máy bay Mỹ đầu tiên do dân quân người dân tộc thiểu số bắn hạ). Ngày 26/8/1965, bằng 10 viên đạn súng trường K44, dân quân xã Lang Thíp (huyện Văn Yên) đã bắn rơi tại chỗ 1 máy bay F 105 của đế quốc Mỹ. Ngày 27/11/1965, quân và dân Yên Bái đã lập công bắn rơi chiếc máy bay thứ 80 trên bầu trời miền Bắc.
Kết thúc năm 1967, các lực lượng vũ trang Yên Bái đã bắn rơi 99 máy bay Mỹ, góp phần quan trọng vào chiến thắng, đánh bại cuộc chiến tranh phá hoại bằng không quân lần thứ nhất của đế quốc Mỹ, giữ vững tiến độ thi công nhà máy thủy điện Thác Bà, sân bay Yên Bái, nhà máy Z183, bảo đảm an toàn các kho trung chuyển chiến lược của cấp trên.
Chỉ riêng ở Yên Bái, trong cuộc chiến tranh phá hoại lần thứ nhất (1965 - 1968) Mỹ đã huy động 3.396 lần/tốp, 10.172 lần/chiếc máy bay, đánh phá 604 mục tiêu với 17.953 bom phá, bom nổ chậm, 96 bom từ trường, 33 bom lân tinh, 197.960 bom bi, bắn 302 tên lửa, 18.601 rốc két, 633 lần đạn 30mm, phá sập 50 cầu cống...
Năm 1972, chống lại chiến tranh phá hoại lần thứ 2 của đế quốc Mỹ, đặc biệt là cuộc tập kích chiến lược bằng B52 trong 12 ngày đêm đã bị quân dân miền Bắc đập tan. Trong đó quân dân Yên Bái - Nghĩa Lộ bắn rơi 15 máy bay, góp phần vào chiến thắng chung của cả nước. Trước tình thế không gì cứu vãn, ngày 30/12/1972, Mỹ buộc phải tuyên bố ngừng ném bom miền Bắc, ký kết hiệp định về chấm dứt chiến tranh, lập lại hòa bình ở Việt Nam ngày 27/1/1973 tại Pari.
Trong cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, quân và dân Yên Bái đã có nhiều thành tích đặc biệt xuất sắc trong phục vụ chiến đấu, đảm bảo giao thông vận tải, tích cực sản xuất, chi viện cho chiến trường miền Nam.
Trong 21 năm kháng chiến chống Mỹ cứu nước, Yên Bái đã đóng góp cho nhà nước 289.000 tấn lương thực, 146.000 tấn thực phẩm, vượt kế hoạch 115 - 120%. Năm 1974, Yên Bái là tỉnh đầu tiên của các tỉnh vùng núi Tây Bắc đạt 5 tấn thóc/1ha, tổng sản lượng lương thực đạt 143.000 tấn.
Với tinh thần “thóc không thiếu một cân, quân không thiếu một người”, Đảng bộ, chính quyền và nhân dân Yên Bái đã tập trung mọi nỗ lực cho động viên thời chiến. Trong hoàn cảnh ác liệt của chiến tranh phá hoại, từ năm 1965 đến 1975 Yên Bái đã tiễn đưa 24.632 con em lên đường nhập ngũ, là tỉnh thường xuyên hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ tuyển quân, tỉnh và 5 huyện, thị được tặng thưởng Huân chương chiến công về thành tích tuyển quân,chi viện cho chiến trường.
Đảng bộ Yên Bái luôn chú trọng xây dựng tổ chức Đảng không ngừng lớn mạnh. Đến năm 1968, số đảng viên của Đảng bộ Yên Bái đã đạt 3% dân số. Từ 1970 đến 1975, Yên Bái đã kết nạp được 1.000 đảng viên mới, các phong trào cách mạng ở địa phương diễn ra sôi nổi, là cơ sở để tuyển chọn, bổ sung cho các đơn vị, lực lượng vũ trang và quân đội.
Đóng góp tích cực của Đảng bộ, quân và dân Yên Bái đã góp phần xứng đáng cùng quân và dân cả nước đánh thắng giặc Mỹ, giải phóng hoàn toàn miền Nam, thống nhất tổ quốc.