В 1947 году постановлением Совета Министров СССР часть территории Майского района Павлодарской области площадью 8272 км2 передана во владение Министерства Обороны СССР. В 1948 году начато строительство Семипалатинского ядерного полигона. 29 августа 1949 года произведено Перове испытание атомной бомбы на полигоне, а первый термоядерный взрыв осуществлен в 1953 году. В 1955 году н6а Семипалатинском ядерном полигоне была взорвана водородная бомба. Это был самый мощный взрыв в истории испытания оружия в СССР.
Всего в 1949-1962 годах на полигоне произведено 117 ядерных взрывов, в том числе 86 воздушных, 30 наземных и 1 подземный. В 1963 году руководителями США, СССР и Великобритании подписан договор «О запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве под водой». В 1963 года на Семипалатинском испытательном ядерном полигон стали выполняться подземные взрывы. В 1963 – 1989 годах было осуществлено 340 подземных ядерных взрывов (212 в штольнях и 128 в вертикальных скважинах). В 1989 году под давлением общественности Казахстана полигон приостановил свою работу. В 1991 году Президент Республики Казахстан Н.А. Назарбаев подписал указ о закрытии Семипалатинского испытательного ядерного полигона, нанесшего огромный вред экологии Казахстана.
В годы освоения целинных и залежных земель (1954-1957 гг.) значительная часть песчаных степей Павлодарского Прииртышья была распахана. Однако несколько лет из-за недостаточного применения почвозащитной агротехники многие массивы легких почв стали подвергаться интенсивной ветровой эрозии. Особенно сильные пыльные бури наблюдались в Павлодарской области в 1963-1965 годах, когда дефляции подверглось до 2,5 млн. гектар пашни.