1952年11月，中央决定自1953年1月起，徐州正式成为江苏省的一部分，并在此时设立了徐州专区。这一变革使得徐州与专区同时存在了约30年。新海连市被划入江苏徐州专区的管辖范围。
1953年1月，江苏成立省制，设立徐州专区，其专员公署设在徐州市。原属于山东省临沂专区的新海连市，以及滕县专区的铜北、华山、沛县、丰县，宿县专区的砀山、萧县，以及原苏北行署直接管辖的淮北盐区被划入徐州专区。当时，徐州专区包括1个市和9个县，以及1个盐区。同年，原淮阴专区的3个县——新沂、睢宁和邳睢也并入该专区。这一时期，撤销了铜北、华山、邳睢3县，恢复了铜山县，同时也撤销了淮北盐区。东海县的政府迁至海州城，专区的县份增加至10个。
1954年，新海连市升级为省辖市。同年12月，萧县和砀山2县划归安徽省。此时，徐州专区管辖的县份减至8个，即铜山、沛县、丰县、赣榆、东海、邳县，新沂和睢宁。
1958年，原为省辖的徐州和新海连2个城市，调整为由徐州专区领导。专区管辖的范围包括2市8县。1960年，铜山县回归徐州市的直接领导。
1961年，新海连市改名为连云港市，铜山县再次划归徐州市。1962年，徐州和连云港两市恢复为省辖市，铜山县则归属徐州专区管辖，专区下辖8个县。
到了1965年10月26日，江苏省人委批准设立了矿区。在此期间，徐州地区的丰县、沛县、邳县、铜山、睢宁、新沂县划归徐州市管理，市区设立了鼓楼、云龙、贾汪、矿区和郊区5个区。最终，徐州市管辖的区域包括6个县和5个区。
徐州专区（地区）是1953年到1983年江苏省的一个派出机构。其历史经历了徐州专区、徐州地区、徐州市。