1954年8月,松、黑两省合并后,由黑龙江省直辖。1956年3月,将原海林县兴隆区的江南、乜河、下乜河、兴隆、海浪和柴河区的桦林、工农、互利、铁岭等9个村划归牡丹江市管辖。全市管辖范围恢复到1945年10月的原状。1956年9月,根据国务院关于人口在20万以下的市一般不设市辖区的规定,撤销了4个市辖区,改设6个街道办事处。1958年1月,全市总人口已超过20万人,经省人民委员会批准,撤销6个街道办事处,设立爱民、东安、西安3个市区和1个郊区。
同年8月,将牡丹江市划归牡丹江专区管辖;10月,将宁安县温春公社划归牡丹江市管辖,全市总面积达到1400平方公里,总人口达到23.8万人。1960年4月5日,将牡丹江专区的宁安县划归牡丹江市领导,1962年9月22日又将宁安县划回牡丹江专区管辖。1966年2月8日,将牡丹江市改由省直辖,1968年2月又改由牡丹江地区管辖。1970年10月,设置阳明区。1983年9月3日,经国务院批准,进行市带县试点,撤销牡丹江地区,实行地市合并,将原牡丹江地区的宁安、海林、密山、林口、穆棱、东宁、虎林7县划归牡丹江市领导。
同年10月18日,省政府决定,绥芬河市由牡丹江市代管。1988年后,密山、海林两县先后撤县设市,改由牡丹江市代管。1992年10月,省政府决定,密山市改由鸡西市代管。1993年6月14日,国务院批准将牡丹江市的虎林县划归鸡西市管辖。
1993年2月12日,民政部批复(民行批[1993]9号)撤销宁安县,设立宁安市。1995年3月7日,民政部批复(民行批[1995]18号)撤销穆棱县,设立穆棱市。1997年9月30日,国务院批准(国函[1997]90号),撤销牡丹江市郊区。将原郊区的兴隆镇、东村乡划归东安区管辖;将原郊区的温春镇、沿江乡划归西安区管辖;将原郊区的铁岭镇、桦林镇划归阳明区管辖;将原郊区的北安乡、三道乡划归爱民区管辖。
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