Op 13 mei 1846 verklaarde de Verenigde Staten de oorlog aan Mexico. Op 14 juli werd de Amerikaanse vlag boven het stadhuis van San Jose gehesen. Na de Mexicaans-Amerikaanse Oorlog veranderde de bevolking in het gebied snel van karakter. Eerst bestond deze uit een mengeling van Spaanse Californianen, Latijns-Amerikanen en indianen, daarna volgde er een toestroom van Amerikaanse kolonisten. San Jose werd de eerste hoofdstad van Californië, nog voor het gebied een staat werd, en Santa Clara County was in 1850 een van de oorspronkelijke county's van de nieuwbakken Amerikaanse staat. De Californische goldrush zorgde voor drastische veranderingen in San Jose, dat een toeleveringsstad voor de mijnen werd, en er ontstonden verschillende andere nederzettingen in de county. In 1853 werd een deel van het grondgebied afgestaan aan Alameda County. De eerste twee instellingen voor hoger onderwijs werden in Santa Clara opgericht: het Jezuïtische Santa Clara College en het methodistische California Wesleyan College. In 1891 stichtte Leland Stanford nabij Palo Alto de Stanford-universiteit.