Khi mới thành lập trường chỉ có 1 lớp 8 với 42 học sinh, trường có hệ  thống tổ chức riêng do thầy giáo Vũ Đình Liên quyền Hiệu trưởng nhưng cơ sở vẫn ghép vào trường cấp II Định Hoá một số môn học vẫn do các thày cô giáo cấp II giảng dạy.

        Đến năm học 1962 - 1963 có 1 lớp  8 , 1 lớp 9 , 1 lớp 10  với 145 học sinh và 10 thầy cô giáo. Năm học 1964 - 1965 mới tách ra khỏi trường cấp II Định Hoá và có cơ sở riêng, trú chân tại khu đồi chè thuộc xã Bảo Cường và chính thức mang tên trường cấp III Định  Hoá do thày giáo Nguyễn Huy Động làm Hiệu trưởng.

        Từ năm 1964 - 1975 thày trò nhà trường đã phải sơ tán 3 lần:

-               Lần thứ nhất từ   1964 - 1968 vào khu Làng Chùa xã Bảo Cường .

-               Lần thứ hai từ    1969 - 1971 trở về Đồi chè thuộc xã Bảo Cường.

-               Lần thứ ba  từ     1971 - 1976 vào xã Phượng Tiến để tránh chiến tranh phá hoại của Đế quốc Mỹ .

          Sau chiến thắng mùa Xuân 1975 đất nước được thống nhất, đi lên xây dựng chủ nghĩa xã hội. Tháng 9 năm 1976  trường từ nơi sơ tán trở về vị trí cũ   ( khu Đồi chè ) với quy mô 16 lớp học, trên 700 học sinh , 40 thày cô giáo, cán bộ công nhân viên do thày giáo Mông Đình Tăng làm Hiệu trưởng.

      50 năm qua, lớp lớp thầy cô giáo và học sinh của trường đã trưởng thành, hòa vào cuộc sống chiến đấu, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Trong cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, hàng nghìn học sinh của trường đã lên đường ra trận chiến đấu trên các chiến trường, nhiều học sinh đã trở thành cán bộ chỉ huy của quân đội nhân dân Việt Nam. Tổng kết 2 cuộc chiến tranh có 72 học sinh thân yêu của nhà trường đã hy sinh thân mình vì độc lập tự do của Tổ quốc, nhiều người từ bom đạn trở về đã không còn nguyên vẹn thân thể, họ đã hiến một phần xương máu cho sự nghiệp giải phóng dân tộc, giải phóng đất nước. 

          Trong công cuộc xây dựng đất nước, theo đường lối đổi mới của Đảng nhiều thế hệ học sinh của trường đang hăng say lao động, sáng tạo, trên các lĩnh vực chính tri, kinh tế, văn hóa xã hội và giữ các cương vị quan trọng trong bộ máy lãnh đạo, quản lý của Đảng và nhà nước, là cán bộ đầu ngành từ cấp cơ sở đến cấp trung ương.

 Cấp trung ương: có 2 thứ trưởng, nhiều chuyên gia trong các Bộ, Ngành của nhà nước .

    Cấp tỉnh: Rất nhiều học sinh cũ của nhà trường, đã và đang giữ các chức vụ : Phó chủ tịch UBND tỉnh, uỷ viên ban thường vụ Tỉnh uỷ, tỉnh uỷ viên, chủ tịch các đoàn thể, giám đốc, phó giám đốc các ban ngành trong tỉnh.

Trong sự nghiệp Giáo dục - Đào tạo: Nhiều giáo viên và học sinh của trường đã phấn đấu trở thành các nhà khoa học, giảng viên các trường đại học, cao đẳng. Trong đó có hơn 20 phó tiến sĩ, hàng trăm thạc sĩ khoa học.

Trong lĩnh vực y tế ; Học sinh cũ của trường có mặt trong ngành y tế từ trung ương đến địa phương: Bệnh viện đa khoa trung ương Thái Nguyên, bệnh viện A Thái Nguyên có hơn 50 y, bác sĩ.

Trên lĩnh vực kinh tế: Rất nhiều nhà doanh nghiệp kinh doanh thành đạt trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên và các tỉnh bạn, ngoài ra hàng ngàn học sinh đang trực tiếp lao động sản xuất tạo ra của cải vật chất, góp phần làm giàu cho quê hương Định Hóa.

     Cũng từ mái trường này, có những thầy cô giáo giờ đã nghỉ hưu, có thầy cô giáo đã trở thành những cán bộ lãnh đạo của tỉnh, của huyện hay trở thành những cán bộ nòng cốt cho ngành GD tỉnh nhà, nhưng dù ở đâu, làm gì, các thầy cô vẫn luôn nhớ về trường THPT Định Hóa, nơi mình đã từng sống, từng gắn bó, từng chia sẻ gian nan ngọt bùi. Một câu động viên, một lời thăm hỏi, một lời góp ý, chỉ bảo chân tình…chỉ vậy thôi cũng đã cho thấy bao nhiêu tình cảm yêu thương mà các thầy cô dành cho trường cũ. Xin gửi đến các thế hệ thầy cô giáo đã từng công tác tại mái trường này những tình cảm chân thành nhất. Tôi tin rằng dù ở cương vị công tác nào tất cả chúng ta đều - đã và đang sống xứng đáng vì đã từng lớn lên, trưởng thành từ “cái nôi” trường THPT Định Hóa. 

Với truyền thống đó thầy và trò trường THPT Định Hóa dưới sự lãnh đạo của Đảng bộ, Ban giám hiệu nhà trường, các tổ chức đoàn thể trong trường đã  phát huy được truyền thống hiếu học của quê hương Định Hóa. Trong 5 năm trở lại đây: Đảng bộ luôn đạt trong sạch vững mạnh, Tập thể nhà trường 2 năm đạt LĐXS và 3 năm đạt LĐTT, các tổ chuyên môn luôn đạt LĐTT và LĐXS, Công Đoàn và Đoàn TNCS Hồ Chí Minh luôn đạt CSVM riêng năm học 2009-2010 Đoàn TN được Tỉnh đoàn chọn là CSVM xuất sắc và được TW đoàn tặng bằng khen. Quy mô của nhà trường ngày càng tăng, chất lượng giáo dục toàn diện không ngừng được nâng cao. Nhiều học sinh đạt giải cao trong các kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh. Tính từ năm học 2005-2006 đến nay toàn trường có 290 lượt học sinh đạt giải tỉnh các môn Văn hóa và TDTT. Chất lượng 2 mặt giáo dục ngày càng ổn định năm sau cao hơn năm trước. Tỷ lệ học sinh thi đỗ vào các trường cao đẳng và đại học ngày càng tăng cụ thể trong năm học 2009-2010 có 206 HS thi đỗ vào các trường đại học và cao đẳng trong đó có 109 HS thi đỗ đại học. Đội ngũ cán bộ quản lý, giáo viên của nhà trường không ngừng được nâng cao về trình độ chuyên môn, nghiệp vụ, các tổ chức đoàn thể trong trường luôn được quan tâm xây dựng, củng cố và phát triển, hoạt động có hiệu quả đáp ứng ngày càng cao đối với yêu cầu của sự nghiệp giáo dục hiện nay. Trong số 109 cán bộ giáo viên hiện nay của nhà trường đã có 7 đồng chí có trình độ thạc sỹ, 97 đồng chí có trình độ Đại học, 2 nhân viên có trình độ CĐẳng và 3 nhân viên có trình độ TCấp. Số giáo viên giỏi các cấp, CSTĐ, LĐTT của nhà trường không ngừng tăng về số lượng và chất lượng, từ năm học 2005-2006 đến nay có 130 lượt cán bộ giáo viên nhà trường đạt CSTĐ cấp cơ sở, trong đó có những đồng chí đạt CSTĐ cấp tỉnh được Bộ GD&ĐT tặng bằng khen như: Thầy giáo Hứa Đức Toàn, thầy giáo Nguyễn Huy Hoàng, thầy giáo Trương Phúc Dương, Cô giáo Trần Thị Lựu, cô giáo Nguyễn Thị Thu Hoài.

Trải qua 50 năm  xây dựng và trưởng thành trường THPT Định Hoá hôm nay đã không ngừng lớn mạnh, từ một lớp học với 42 học sinh của năm học 1961 - 1962 đến năm học 2010-2011 trường đã phát triển thành 45 lớp với 1945 học sinh và 109 cán bộ, giáo viên, nhân viên. Nhà trường đã được đầu tư xây dựng 44 phòng học nhà kiên cố, có nhà hiệu bộ 2 tầng, có đầy đủ các phòng làm việc cho các tổ chuyên môn, phòng thí nghiệm, thư viện, phòng vi tính, nhà đa năng, sân trường, đường vào trường đã được bê tông hoá. Chính vì thế mà trường THPT Định Hoá về cơ bản đã được thay đổi trở thành một ngôi trường khang trang sạch đẹp và đang dần hoàn thiện theo các tiêu chí của trường chuẩn quốc gia.