1949年10月，废三沙镇建制，境域属第四区。1952年6月，成立三沙镇，由第四区代管，辖湖山、古镇2乡。1954年11月，成立海岛区，三沙、古镇2乡镇属海岛区，其余地区属第四区。1955年5月，从海岛区分设三沙区，下辖7乡镇。1958年，撤销三沙区，成立三沙人民公社，1959年辖三沙、古镇、古皓、湖山、金官、东角、芦竹7个大队。1961年5月，三沙公社复为三沙区，辖三沙、嵛山、湖山、金官、古皓5个公社。翌年10月，嵛山公社划属福鼎县，三沙区辖4个公社、26个大队。1966年6月，三沙区分设三沙镇。同年10月，三沙区改为三沙人民公社。1969年11月，三沙镇撤并于三沙人民公社，三沙人民公社辖25个大队、189个生产队。 1973年，第一艘进入中国大陆的“玉祥号”台轮停靠在霞浦三沙古镇港。1979年，福建省人民政府在三沙镇设立了首个台胞接待站、首个台轮停泊点，率先开展对台小额贸易和渔工劳务输出业务。 1983年11月，三沙人民公社改称三沙镇，下辖4个街道、27个大队、198个生产队、145个自然村。
1990年，三沙镇行政区域63.6平方公里。境内设中心、西澳、东澳、五澳4个街道和中心、西澳、东澳、五澳、陇头、东山、浮山、单斗、三坪、石头鼻、小皓、蔡洋、虞公亭、古桶、东壁、大路顶、八斗、二坑、金鸡、青官司、花竹、青官蓝、三农、金洋、烽火、古镇、三澳27个行政村，下辖27个居民小组、198个村民小组、149个自然村。镇人民政府驻三沙中心街248号。
2004年，三沙口岸被福建省人民政府确定为福建省六个台货海上快运试点口岸之一；2005年，三沙口岸又被福建省人民政府确定为台轮停泊维修点；2006年，国务院台湾事务办公室批准在三沙镇建设中国大陆首个“台湾水产品集散中心”； 2014年三沙镇被列为全国重点镇。
