大正9年（1920）台灣總督府公布「台灣州制」、「台灣市制」、「台灣街庄制」等律令，改正地方制度，將全台劃分為台北州、新竹州、台中州、台南州、高雄州五州，及花蓮港廳、台東廳二廳。當時的斗六為台南州斗六郡所轄，行政中心斗六郡役所即設置於斗六，管理斗六街、古坑庄、斗南庄、莿桐庄及大埤庄等街庄，第一任郡守由原斗六支廳長山口德治轉任。

初期，斗六郡役所仍延用原來的斗六支廳辦公，直到昭和11年（1936）7月30日才啟用新的斗六郡役所辦公廳舍（位址於今斗六市府前街）。戰後，國民政府調整行政區域，再度恢復清代的雲林縣名，縣政府則繼續沿用日本時代的斗六郡役所辦公廳舍，使用到1980年代，才在林恆生縣長任內拆除，並遷移到雲林路現址。