ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว มีการรวบรวมหัวเมืองตามชายแดนที่สำคัญตั้งเป็นเขตการปกครองใหม่ ขึ้นเป็นระบบมณฑลเทศาภิบาล ในปี พ.ศ. 2442 มณฑลเพชรบูรณ์ได้ตั้งขึ้นเป็นอิสระ เนื่องจากท้องที่มีภูเขาล้อมรอบ มีการเชื่อมต่อคมนาคมกับมณฑลอื่นไม่สะดวก ลำบากแก่การติดต่อราชการ และโอนเมืองหล่มสัก อำเภอหล่มเก่า อำเภอวังสะพุง มาขึ้นกับมณฑลเพชรบูรณ์ ยุบเมืองวิเชียรบุรีเป็นอำเภอ โอนอำเภอบัวชุม (ปัจจุบันเป็นตำบล) อำเภอชัยบาดาลขึ้นกับเมืองเพชรบูรณ์ มณฑลเพชรบูรณ์จึงมีสองเมือง คือ หล่มสัก กับ เพชรบูรณ์[5]

พ.ศ. 2447 ได้ยุบมณฑลเพชรบูรณ์ และได้ตั้งเป็นมณฑลอีกในปี พ.ศ. 2450 และได้ยุบอีกครั้งในปี พ.ศ. 2459 จังหวัดเพชรบูรณ์ในขณะนั้นมี 4 อำเภอ ได้แก่ อำเภอเมือง อำเภอวัดป่า (ปัจจุบันคือตำบลในอำเภอหล่มสัก) อำเภอวิเชียรบุรี และกิ่งอำเภอชนแดน[5] จนกระทั่ง พ.ศ. 2476 ได้ยกเลิกมณฑลต่าง ๆ ทั่วประเทศ