การขยายอาณาเขตในสมัยพ่อขุนรามคำแหงอาศัยกำลังทางทหารและการสร้างความสัมพันธ์ทางเครือญาติ   อย่างไรก็ตาม     เนื่องจากไม่มีการจัดระบบการปกครองที่รัดกุมในการควบคุมดูแลดินแดนที่ได้มา    ทำให้บรรดาหัวเมืองชั้นนอกมีอิสระในการปกครองอย่างมากการที่อาณาจักรยังคงดำรงอยู่ได้ด้วยความสามารถส่วนตัวของผู้นำ ดังนั้นเมื่อสิ้นรัชสมัยพ่อขุนรามคำแหงพระมหากษัตริย์ที่ครองราชย์สืบต่อมาไม่มีความสามารถเท่ากับพระองค์   อาณาจักรจึงแตกสลายออกเป็นเสี่ยงๆและแตกแยกเป็นเมืองเล็กเมืองน้อย  ครั้นถึงรัชสมัย พระเจ้าลิไท หรือ พระมหาธรรมราชราที่ 1  (พ.ศ.-1890  -  1912) พระองค์ทรงพยายามรวบรวมเมืองต่าง ๆ ที่แตกแยกออกโดยใช้ศาสนาพุทธเป็นเครื่องมือในการเชื่อมโยงเมืองเหล่านี้ให้กลับเข้ามารวมอยู่กับอาณาจักรสุโขทัยอีกครั้งหนึ่งแต่พระเจ้าลิไทก็ทรงประสบความสำเร็จเพียงบางส่วนเท่านั้น
 ในปี  พ.ศ.1921  สุโขทัยตกเป็นประเทศราชของอยุธยา อยู่ประมาณ10 ปีจึงสมารถกลับมาเป็นอิสระอีกครั้งในปี พ.ศ.1931และได้เกิดจลาจลแย่งชิงราชสมบัติระหว่างพระยาบาลและพระยาราม พระราชโอรสของพระมหาธรรมราชาที่3จึงเปิดโอกาสให้อยุธยาเข้ามาแทรกแซงการเมืองภายในทำให้สุโขทัยต้องตกเป็นประเทศราชของอยุธยาอีกครั้งหนึ่งโดยในครั้งนี้อยุธยาได้แบ่งอาณาจักรของสุโขทัยออกเป็น 2 ส่วน ส่วนหนึ่งมี เมืองพิษณุโลกเป็นเมืองสำคัญและอยู่ในฐานะเมืองหลวงแห่งใหม่อีก ส่วนหนึ่งมีเมืองกำแพงแพชร เป็นเมืองศูนย์กลาง
 สมเด็จพระบรมราชาธิราชที่  2   ได้ทรงสถาปนาให้พระราเมศวรพระราชโอรสซึ่งทรงมีเชื้อพระวงศ์สุโขทัยทางฝ่ายพระราชมารดาเป็นพระมหาอุปราชครองเมืองพิษณุโลกอาณาจักรสุโขทัยจึงถูกผนวกเข้าเป็นส่วนหนึ่งของอาณาจักรอยุธยา   ซึ่งนับเป็นการสิ้นสุดอาณาจักรสุโขทัยตั้งแต่นั้นมา

ลักษณะภูมิประเทศ
   พื้นที่ส่วนใหญ่ของจังหวัดสุโขทัยจะเป็นที่ราบลุ่ม ทางตอนเหนือและตอนใต้ของจังหวัด มีลักษณะเป็นที่ราบสูง มีเขาหลวง เป็น ภูเขาที่มีความสูงที่สุด วัดจากระดับน้ำทะเลมีความสูงประมาณ 1,200 เมตร โดยมีแนวภูเขายาวเป็นพืดทางด้านทิศตะวันตก ส่วนพื้นที่ตอนกลางของจังหวัดจะเป็นที่ราบ มีแม่น้ำไหลผ่านจากทิศเหนือจรดทิศใต้

ลักษณะการปกครองสมัยสุโขทัยแบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ   เมืองที่ตั้งนครหลวงอันได้แก่กรุงสุโขทัยมีตัวเมืองชั้นในรายรอบเป็นปริมณฑล เรียกว่า เมืองลูกหลวงซึ่งเป็นเมืองหน้าด่านล้อมรอบราชธานีไว้ทั้ง4ด้านระยะทางระหว่างเมืองลูกหลวงกับราชธานี นั้นมีหลักว่าจะต้องไม่เกินระยะที่จะเดินติดต่อถึงกันได้ภายในเวลา 2 วันทั้งนี้เพื่อให้การคมนาคมระหว่างเมืองหลวงและเมืองลูกหลวงได้เป็นไปโดยสะดวกด้วยเหตุนี้วงเขตของราชธานีจึงไม่สู้กว้างใหญ่นักแต่การจัดระเบียบราชธานี ดังว่านี้มีประโยชน์มากในทางยุทธศาสตร์สมัยนั้น เพราะทำให้รวมกำลังป้องกันราชธานีได้สะดวกและรวดเร็วเวลามีสงครามกำลังทั้งราชธานีและเมืองที่รายรอบก็รวมกันเป็นกองทัพหลวง เมืองที่อยู่ในวงราชธานีสมัยกรุงสุโขทัย ถ้าระบุเมืองในครั้งนั้น ก็คือ
ก. เมืองสุโขทัย เป็นตัวราชธานี
ข. หัวเมืองชั้นในรอบเมืองสุโขทัยทั้ง 4 ด้าน คือ
ด้านเหนือ มีเมืองศรีสัชชนาลัย(สวรรคโลก)เป็นเมืองที่พระมหาอุปราชหรือเรียกง่ายๆว่าเมืองอุปราชซึ่งมีอยู่เมืองเดียวในสมัยกรุงสุโขทัยและชั่วระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น ซึ่งเป็นระยะที่ขุนบาลเมืองเป็นพระมหากษัตริย์ และแต่งตั้งพระอนุชาสมเด็จพระเจ้ารามคำแหงมหาราช เป็นอุปราชไปครองเมืองศรีสัชชนาลัยมีฐานะสูงเกือบเท่าราชธานี
ด้านตะวันออก เมืองสองแคว (พิษณุโลก)
ด้านใต้ เมืองสระหลวง (พิจิตร)
ด้านตะวันตก เมืองกำแพงเพชร
เขตการปกครองแบบ เมืองพระยามหานคร (หัวเมืองชั้นนอก) คือ เมืองใหญ่ ๆ นอกราชธานีออกไปเรียกว่า เมืองพระยามหานคร เป็นหัวเมืองชั้นนอก เมืองหนึ่งๆมีเมืองเล็กๆขึ้นอยู่มากบ้างน้อยบ้างทำนองเดียวกับมณฑลในสมัยต่อมาซึ่งมีเมืองรวมอยู่ หลายเมืองเจ้าเมืองเป็นเจ้าหรือข้าราชการชั้นผู้ใหญ่เวลาเกิดศึกสงครามราษฎรในเมืองพระยามหานคร   เมืองหนึ่งๆ ก็รวมกันเข้าเป็นกองพลหนึ่ง เมืองพระยามหานครสมัยสุโขทัยเป็นราชธานี  ครั้งสมัยพระเจ้ารามคำแหงมหาราช มีดังนี้
ทิศใต้ เมืองแพรก(สรรค์บุรี) เมืองสุพรรณบุรี(อู่ทอง) เมืองราชบุรี เมืองเพชรบูรณ์เมืองตะนาวศรี
ทิศเหนือ เมืองแพร่
ทิศตะวันออก เมืองหล่ม เมืองเพชรบูรณ์ เมืองศรีเทพ
เมืองในราชอาณาจักรแบ่งออกเป็นราชธานีและเมืองพระยามหานครโดยมีคนไทยเป็นเจ้าเมืองปกครองทั้งสิ้น
เขตการปกครองแบบ เมืองประเทศราช คือ เมืองที่อยู่นอกราชอาณาจักร อันชาวเมืองเป็นชนต่างชาติมีเจ้าเป็นชาวพื้นเมืองนั้นซึ่ง พระมหากษัตริย์ไทยทรงแต่งตั้งปกครองอย่างสิทธิ์ขาดเหมือนอย่างเจ้าแผ่นดินในเมืองของตนเองแต่
ต้องถวายต้นไม้เงินต้นไม้ทองและเครื่องราชบรรณาการต่อพระมหากษัตริย์ไทยตามกำหนดและเวลาเกิดสงครามก็เกณฑ์กองทัพออกมาช่วยเท่านั้น เมืองที่เป็นประเทศราชครั้งสมเด็จพระเจ้ารามคำแหงมหาราชสันนิฐานตามประวัติศาสตร์ มีดังนี้
ทางทิศใต้ เมืองนครศรีธรรมราช เมืองมะละกา และเมืองยะโฮร์
ทางทิศตะวันตก เมืองทะวาย เมืองเมาะตะมะ เมืองหงสาวดี
ทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ เมืองน่าน เมืองเซ่า(คือเมืองหลวงพระบาง) เวียงจันทร์ เวียงคำ