Otro problema interno fue el enfrentamiento entre los poderes Ejecutivo y Legislativo del estado; el primero defensor de un federalismo puro y extremista; el segundo, de una postura moderada. Durante la guerra, el gobernador Manuel González Cosío asumió facultades extraordinarias que pretendió conservar concluida aquélla, pero en 1849 la legislatura resolvió obligarlo a acatar sus disposiciones. Con actitud desafiante, González Cosío decidió actuar por encima del Congreso, hecho que desembocó en su destitución y reemplazo por Antonio García Salinas, identificado con los federalistas moderados.
Una nueva fractura aparecería dentro del grupo gobernante cuando se lanzó el Plan de Hospicio en 1851 y algunos oficiales zacatecanos manifestaron su adhesión. En los próximos años, esta fractura dividiría al grupo en liberales y conservadores.
Con el regreso de Santa Anna al poder y la instauración de una dictadura en 1853, nuevamente el sistema federal fue combatido y los estados se transformaron en departamentos sin autonomía del gobierno nacional. Zacatecas repitió su reacción de años atrás: la resistencia, de la que fueron protagonistas el gobernador José González Echeverría y Marcos de Esparza, activo y congruente como siempre con su ideario político. Los civiles se organizaron en contra de los militares, que intentaban consolidarse como grupo único de poder.
La revolución de Ayutla provocó una adhesión generalizada en todo el país: representaba los reclamos de autonomía y participación de los estados en las cuestiones de interés nacional que durante varias décadas fueron permanentes, así como para el restablecimiento de la república representativa y popular. En Zacatecas, los militares intentaron impedir su propagación, pero los grupos revolucionarios se multiplicaron y la población les brindó apoyo. De entre los líderes de estos grupos surgió la nueva generación de liberales zacatecanos, que heredó la tradición legalista y los proyectos nacionales de la primera generación de federalistas.
El 16 de agosto de 1855, el ayuntamiento de la capital y dos batallones se adhirieron al Plan de Ayutla. Encabezó el movimiento Victoriano Zamora, quien durante los años previos se mantuvo como defensor del federalismo y ocupó más tarde la gubernatura del estado. La última caída de Santa Anna fue recibida con júbilo y su sucesor provisional, Martín Carrera, fue reconocido en Zacatecas como centro de unidad de la República.
