元、明、清三代，涇源縣南部皆屬平涼府華亭縣轄地。
1368年，朱元璋滅元，建立明王朝。明朝在北方設置“九邊重鎮”，今寧夏地區有兩處，一是寧夏鎮（治今銀川市），二是固原鎮（治今固原城）。明嘉靖年間，固原有大小屯堡41個，烽堠154個，涇源有38個。大灣川堡在今涇源縣北部大灣鄉，駐兵50名設防巡邏。
清朝建立初期，行政建置基本沿襲明製，地方行政設省、道、府、縣四級。清廷極為重視軍事建置，正規軍分八旗兵和綠營兵兩種。固原鎮綠營兵所設的分防汛營中，蒿店汛、瓦亭營在今涇源縣境內。
清同治十年（1871年）三月，西北回民反清抗暴鬥爭失敗後，清廷將回民一萬餘人先後遷趕至化平（今涇源縣）一帶，割取華亭、平涼、固原、隆德四州（縣）地，設置化平川直隸廳，隸屬於平慶涇固化道，屬平涼府。清總兵喻勝榮統領平江營兼六盤山一帶防軍，派綠營兵150名鎮守化平。同治十三年，城守營有守兵115名。未置化平川直隸廳前，涇源境內原有白岩（今涇河源鎮）、化平（今涇源縣城）二塘汛，屬平涼城守營，駐有綠營兵。
民國初年，今固原地區屬甘肅省涇原道（治今甘肅平涼市），後改為隴東行政專區，轄固原、隆德、化平（今涇源縣）、海原等縣。民國2年（1913年）2月12日，改化平川直隸廳為化平縣，改知縣為知事。民國4年（1915年），化平城防營守兵裁撤，甘肅省政府將原清代綠營駐軍改編為“新軍”。
1935年8月，中國共產黨領導的中國工農紅軍長征進入涇源縣境內。8月18日，紅二十五軍由西向東翻越六盤山進入涇源縣境內和尚鋪、瓦亭一帶。8月19日，經與瓦亭峽、三關口國民黨守軍激戰勝利後，進至甘肅平涼，後與陝北劉誌丹領導的紅二十六軍會合。1935年10月7日，毛澤東率領中央紅軍翻越六盤山進入涇源縣境，親自指揮紅軍指戰員幹淨利落地殲滅了縣境北部青石嘴國民黨守軍。翻越六盤山頂峰時，毛澤東登高望遠，豪情激蕩，吟賦《長征謠》（後修改成為傳世名篇《清平樂·六盤山》）。紅軍長征在六盤山地區宣傳了革命真理，播撒了革命火種。
抗日戰爭期間，海固回族人民舉行了三次武裝暴動，反抗國民黨政府的壓榨與迫害。1939年6月初，第二次海固回族武裝暴動隊伍進入涇源縣，先後在黃花川、白麵河一帶與國民黨軍發生激戰。1941年5月，第三次海固回族農民暴動隊伍轉戰於六盤山，在縣境內與國民黨軍隊多次激戰。馬思義帶領起義隊伍200餘人投奔陝甘寧革命根據地，成為中國共產黨領導下西北地區第一支回族抗日武裝——回民抗日騎兵團。
解放戰爭期間，國民黨蔣介石堅持獨裁專政，蓄意發動全麵內戰。1946年6月，王震將軍率三五九旅從中原突圍，向陝甘寧邊區進發。按中共西北局指示，馬思義率領由回民騎兵團戰士60餘人組成的武裝工作隊第一大隊，迅疾出擊國民黨占領區，牽製其兵力，配合三五九旅行動。1946年9月11日，兩個大隊在老龍潭附近的冶家村與國民黨軍隊發生激戰，勝利完成任務。
中國共產黨創建並領導下的中國人民解放軍，在黨中央、毛主席指揮下，取得“三大戰役”的決定性勝利。1949年7月29日，由於中國人民解放軍第十九兵團逼近平涼，化平縣（涇源縣）在地下黨組織策劃下，宣布解放。
1950年9月18日，化平縣因涇河發源於此而改稱涇源縣，屬甘肅省平涼專署所轄。
1953年成立涇源縣回族自治區。
1955年更名為涇源回族自治縣。
1958年複稱涇源縣，隸屬寧夏回族自治區固原行政公署所轄。