Từ ngày 6/4/1972, đế quốc Mỹ mở lại cuộc chiến tranh phá hoại miền Bắc bằng không quân và hải quân lần thứ hai, với quy mô và cường độ đánh phá lớn, thủ đoạn đánh phá dã man và tàn bạo hơn.
Sau ngày đế quốc Mỹ tạm ngừng đánh phá miền Bắc từ vĩ tuyến 20 trở ra, quân và dân Thái Nguyên tập trung thực hiện cuộc vận động chính trị 'Tất cả để đánh thắng giặc Mỹ xâm lược' theo tinh thần Nghị quyết 175 của Bộ Chính trị.
Ngày 1/7/1965, Thái Nguyên hợp nhất với Bắc Cạn thành tỉnh Bắc Thái. Trên địa bàn Thái Nguyên có thành phố Thái Nguyên vừa là là tỉnh lỵ Bắc Thái, vừa là trung tâm chính trị, kinh tế - văn hóa của khu tự trị Việt Bắc.