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北朝西魏时期，文安郡所统领的文安县辖今延川县西部和宝塔区东北部，义乡 县辖今延长县西部，广安县辖今延长县中部。
境内安民县（隶属安宁郡）辖今延川县东南部。
隋开皇三年（583）裁文安郡和文安县，改置延川县，广安县、义乡县合并改置为延安（今延长）县。
大业十三年（617），梁国所设文州辖今子洲县南部及子长、清涧、延川县全部和宝塔区北部、延长县北部。
唐武德二年（619），境内所设南平州辖义门（今子长县北部）、城平（今子长县东南部和子洲县南部）2县；西和州辖安民（今本县的延水关镇、眼岔寺乡和清涧县东南部）、修文（今延川县土岗乡和延长县安河乡一带）、桑园（今延川县杨家圪台乡和延长县东北部）3县；基州（北基州）辖原文州西南部。
贞观二年（628），城平县改属绥州。
八年（634）北基州废，复设延川县。
唐代，延川县域宽阔，今子长县大部和子洲南部为延川县属地；今延川县东南部和清涧县东北部为延水（安人）县属地。
五代十国时期，县域因袭唐代未变。
宋初，今子长县和子洲县南部及清涧大部分仍为延川县属地。
宋元丰五年（1082），宋军收复被西夏占据的米脂、义合、细浮图（今属绥德）3寨，将其辖地暂归属延川县。
七年（1084），米脂、义合、细浮图、怀宁、顺安、绥平6寨改归绥德城辖。
蒙古宪宗二年（1252，南宋淳祐十二年），延川县所辖安定镇（今子长县）分出设为安定县。
时延川县域与今县域略同。
清代县域，据《延川县志》（顺治本）载：“县境东西相距150里，南北相距150里。
东至黄河79里，西至延长县界95里，南至宜川县界200里，北至清涧县界15里。”《延川县志》（道光本）载：“东至延水关70里，过黄河入山西永和县界，至永和县治共130里；西至文安驿30里，又西至蒿岔峪30里，又西至酒店铺（今延安市甘谷驿镇石家河村）10里，迤南5里为丰年铺（今延安市甘谷驿镇唐家坪村），入延长县界，至延长县治共120里；南至安河（今延长县安河乡）180里，入宜川县界，至宜川县治共230里；北至贺家湾15里，入清涧县界，至清涧县治共60里；东南至滩庄（今土岗乡滩则村）100里，过黄河人山西大宁县界，至山西大宁县治共190里；西南至交口镇50里，入延长县界；东北至贺家畔70里，入清涧县界，至山西石楼县治共170里；西北至寒山寨（今寒砂石村）115里，入安定县界，至安定县治共140里。” 民国时期，北至贺家湾入清涧县界；东北至贺家畔入清涧县界；东至延水关，过黄河入山西永和县界；东南至马家河渡口、滩则村入宜川县界；南至交口镇入延长县界；西南至史家河（今属甘谷驿镇）入延长县界；西至后楼河村入肤施（今属延安市）县界；西北至寒沙寨入安定（今子长）县界。
陕甘宁边区时期（1937～1949），今清涧县王家河、双庙、下二十里铺3个乡的大部分为延川县属地，设清延区和东阳区。
县域北界至川口、梁家岔、郝家湾一带。
1949年3月撤清延区、东阳区，其属地划归清涧县辖。
4月，延长县第四区刘坪店、上张家河等村划归延川县。
县域东至黄河；东南至枣坬、樊家坬 村，入延长县界；南至杨家圪台村拓家川河，入延长县界；西南至雁门关入延安市界；西至鲍家河村入延安市界；西北至寒砂石村入子长县界。
境内东西长70公里，南北长39公里，县域总面积1983.2平方公里。