Một mùa đông giá rét năm 1903, quân đội Pháp cử đoàn khảo sát trắc địa đến khu vực rừng núi Tây Bắc Việt Nam, khi nghỉ chân tại cao nguyên Lồ Súi Tổng để chuẩn bị vượt đèo Ô Quý Hồ, đoàn khảo sát đã khám phá ra vẻ đẹp đầy quyến rũ của vùng núi non có khí hậu đặc biệt mát mẻ dưới chân dãy núi Hoàng Liên. Phát hiện này đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu về địa lý, khí hậu. Đại úy Sherdlin và trung sĩ Denis đã hai lần leo lên đỉnh Phan Si Păng để xác định các dấu mốc và các điểm chuẩn. Đến năm 1905, hoàn thiện bản vẽ về cao nguyên Lồ Súi Tổng và xác định đỉnh cao Phan Si Păng (3.143m). Những kết quả nghiên cứu ban đầu mặc dù mới chỉ dừng lại ở cấp độ nhỏ, báo cáo chưa đầy đủ nhưng khí hậu mát mẻ và vẻ đẹp của thiên nhiên vùng đất này đã bắt đầu thu hút nhiều người biết tới. Từ đây, những quân nhân và viên chức dân sự người châu Âu sống ở Lao Kay (Lào Cai ngày nay) bắt đầu lựa chọn những căn nhà ở làng Lồ Súi Tổng để dừng chân nghỉ ngơi trên cung đường Bình Lư - Phong Thổ - Sa Pa. Dần dần, người ta truyền bá nhau về một trạm dừng chân nghỉ dưỡng lý tưởng, khí hậu mát mẻ vào mùa hè khác biệt hoàn toàn với cái nóng của Lao Kay trên cao nguyên Lồ Súi Tổng.
Bản đồ Sa Pa do người Pháp vẽ trước kia (Ảnh chụp lại)
Vào thời điểm này, người Pháp chưa quá quan tâm đến Sa Pa, họ đang đặt mục tiêu đến Vân Nam (Trung Quốc). Và có lẽ, Sa Pa sẽ mãi chỉ biết đến đó nếu như không có sự can thiệp một cách mạnh mẽ của ông Toures – Công sứ Pháp ở Lao Kay lúc bấy giờ. Ông Toures cho rằng những tiềm năng của Sa Pa nếu được phát huy sẽ khiến Sa Pa trở thành kinh đô nghỉ mát mùa hè của Bắc Kỳ và ông tin rằng Sa Pa hội tụ đủ mọi điều kiện để trở thành một khu nghỉ mát có quy mô ở xứ Đông Dương. Xuất phát từ niềm tin ấy, năm 1909, ông Toures đã xây dựng bản báo cáo gửi Toàn Quyền Đông Dương đề xuất kế hoạch xây dựng một khu nghỉ dưỡng trên cao nguyên Lồ Súi Tổng. Tuy nhiên, bản kế hoạch này chưa được nhà cầm quyền ở Đông Dương lúc bấy giờ chấp thuận. Ông Toures đã quyết tâm thuyết phục các nhà cầm quyền bằng nhiều biện pháp: Ông ta đã tạo điều kiện cho ông Mieville – một nhà nghiên cứu về nông học đến Sa Pa để tiến hành các thí nghiệm nông học, cung cấp các bản thống kê khí tượng thủy văn đầu tiên nhằm xác định điều kiện và các thông số khí hậu; Ông Toures đã mời nhà truyền thông Hautefeulle đến quảng bá cho các kết quả nghiên cứu của ông Mievelle để thu hút sự chú ý của báo giới. Năm 1910, một bài nghiên cứu có tiêu đề “Khu nghỉ mát điều dưỡng” đăng trên tạp chí Đông Dương phân tích rõ lợi ích mà khu điều dưỡng mang lại đã có tác động lớn tới chính quyền Đông Dương. Đồng thời vào lúc này, tuyến đường sắt nối cảng biển lớn nhất của Bắc Kỳ - Hải Phòng với Vân Nam (Trung Quốc) rộng lớn đã được hoàn thành và để đi từ Hà Nội đến Lao Kay chỉ mất 1 ngày. Sự thuận tiện này đã đưa Sa Pa trở thành một lựa chọn để xây dựng khu nghỉ mát mà không còn là Tam Đảo hay cao nguyên Mông Tự (Vân Nam) nữa.
Phía chính quyền quân sự muốn xây dựng một trung tâm điều trị và phục hồi chức năng cho binh lính bị thương. Còn chính quyền dân sự thì lại muốn một khu nghỉ mát dành cho tất cả mọi người. Công sứ Toures đã biết kết hợp hai mong muốn đó để chỉ làm thành một mục đích là phát triển khu nghỉ dưỡng Sa Pa. Để làm việc này, ông đặt Sa Pa trong chương trình tổng thể về phát triển du lịch của Đông Dương. Ngay từ năm 1914, mục tiêu này được nêu cụ thể: Xây dựng Sa Pa thành một khu nghỉ mát lý tưởng vào mùa hè của Bắc Kỳ. Vào mùa hè hằng năm, toàn bộ Dinh Thống sứ và các sở, ban ngành liên quan sẽ chuyển từ Hà Nội đến Sa Pa và lưu lại đây đến tháng 10 (từ xưa Pháp đã quy định các kỷ nghỉ trong năm dành cho người lao động). Các công trình bắt đầu được thi công từ năm 1912, mở đầu cho sự phát triển của Sa Pa từ thời thuộc địa đến ngày nay.
Để phục vụ hoạt động của khu nghỉ dưỡng, người Pháp đã xây dựng 01 trạm phát điện ở Cát Cát có công suất 100kw. Năm 1915, cơ sở điều dưỡng đầu tiên được hoàn thành với khả năng đón nhận 40 quân nhân. Ngay lập tức, người ta đã nhận thấy cần thiết phải xây dựng những cơ sở có sức chứa lên đến hàng trăm quân nhân. Tháng 1 năm 1919, Toàn quyền Đông Dương Albert Sarraut đã phê duyệt kế hoạch mở rộng khu điều dưỡng Sa Pa. Năm 1920, một khu điều dưỡng có quy mô lớn đã hoàn thành. Khu nghỉ dưỡng bao gồm 5 dãy nhà nghỉ với sức chứa khoảng 200 người. Ngoài ra còn có các khu chuyên biệt như bếp ăn, thư viện, tầu ngựa và một bốt canh có tới 60 binh lính và sỹ quan nhằm đảm bảo an ninh cho cả khu vực. Bên cạnh khu nhà nghỉ dành cho hạ sỹ quan là toà nhà trung tâm gồm 38 phòng tiện nghi dành cho các sỹ quan và 4 phòng sang trọng dành cho các tướng lĩnh. Ngoài ra, một số biệt thự riêng lẻ có tới 30 phòng tiện nghi dành cho các quân nhân có gia đình đi theo cũng được xây dựng. Năm 1920 hệ thống bưu điện và bến xe khách đi vào vận hành. Từ năm 1924, một bác sĩ chuyên chăm sóc dịch vụ y tế cho Sa Pa cũng được chỉ định để thường trực tại Sa Pa trong suốt mùa nghỉ từ tháng 5 tới tháng 10 hằng năm; cũng trong năm này, tuyến đường bộ nối thị xã Lào Cai với khu nghỉ dưỡng Sa Pa được nâng cấp, đã rút ngắn thời gian đi lại giữa Lào Cai - Sa Pa chỉ còn 3 giờ bằng ô tô. Năm 1930, hệ thống cung cấp nước sạch chính thức đi vào vận hành. Năm 1931, mạng lưới điện thoại hữu tuyến nối Sa Pa với thủ đô Hà Nội cũng được hoàn tất, du khách có thể đặt phòng nghỉ tại Sa Pa một cách nhanh chóng.
Bến xe khách Sa Pa năm 1920 (hiện là trụ sở Trung tâm Thông tin và Xúc tiến Du lịch tỉnh Lào Cai)
Bên cạnh các nhà nghỉ dưỡng phục vụ quân sự, Sa Pa phát triển mạnh mẽ hệ thống các nhà nghỉ dân sự. Đầu tiên phải kể đến khách sạn Chapa được ông Miveille xây dựng trên phần đất thuộc trang trại của ông được cấp bởi Công sứ Lào Cai – ông Toures. Năm 1924, khách sạn Chapa của Miéville được chuyển nhượng cho người chủ mới là M. Jourlin, ông này đã đổi tên khách sạn này thành Hôtel du Domaine de Chapa. Mặc dù khách sạn Chapa sau đó đã được nâng cấp chút ít nhưng về cơ bản, nó chưa vượt khỏi quy mô một dãy nhà nghỉ thông thường. Nhu cầu nghỉ dưỡng của du khách ngày càng tăng, trong khi ông Jourlin không xin được kinh phí để nâng cấp khách sạn. Do đó, ông đã bán lại khách sạn này cho ông Fouyer. Từ năm 1927 đến năm1930, Fouyer đã nhận được các khoản trợ cấp từ ngân sách địa phương và ngân sách của chính quyền Đông dương để nâng cấp và mở rộng khách sạn Hôtel du Domaine de Chapa. Nhu cầu khách dân sự ngày càng tăng cao đã tạo điều kiện cho các nhà đầu tư mở rộng hệ thống khách sạn tư nhân tại Sa Pa. Năm 1929, nhà kinh doanh khách sạn Pháp Michel đã xây dựng một khách sạn hạng sang đầu tiên tại Sa Pa có quy mô lên tới 50 phòng với các trang thiết bị hiện đại có tên gọi là L’hotel Metropole, thuộc tập đoàn khách sạn Metropole có trụ sở tại Hà Nội. Năm 1937, một nhà đầu tư người Việt là Nguyễn Văn Kỳ đã nâng cấp một khách sạn nhỏ được xây dựng từ năm 1924 trở thành một khách sạn lớn có quy mô 32 phòng. Cũng trong năm này, khách sạn Trung tâm với quy mô 20 phòng do Jean Ernst Chaperon làm chủ sở hữu được đưa vào sử dụng. Những năm đầu thập kỷ 30, ở Sa Pa, bắt đầu xuất hiện các nhà nghỉ dưỡng do các tổ chức hoặc công ty đầu tư xây dựng dành cho công chức như: Tập đoàn Than Hồng Gai, Nhà máy Xi măng Porland Hải Phòng. Ngoài ra, ở Sa Pa thời kỳ này còn có rất nhiều các tòa nhà, biệt thự của các công chức, thương gia giàu có tự bỏ tiền ra xây dựng. Hệ thống các biệt thự này cũng góp phần mở rộng thị trấn Sa Pa. Tính đến năm 1943, Sa Pa đã có khoảng 200 biệt thự do người Pháp xây dựng, trong đó biệt thự của Magne có quy mô lớn và trang bị hiện đại.
Thị trấn Sa Pa (cũ) nhìn từ trên cao
Vào những năm 1940, người Pháp đã quy hoạch, xây dựng Sa Pa thành nơi nghỉ mát, điều dưỡng khá lý tưởng. Ở đây có đầy đủ hệ thống thủy điện, trạm nước, dinh toàn quyền, toà chánh sứ, sở than, kho bạc, kiểm lâm, hệ thống đường nhựa và đặc biệt là hơn 200 biệt thự theo kiểu phương Tây ở ngay trung tâm thị trấn, nằm xen giữa những cánh rừng đào và những rặng samu. Điều này làm cho phố núi Sa Pa mang nhiều dáng dấp của một thành phố châu Âu. Có thể nói, kể từ năm 1903 phát hiện, năm 1909 khi Công sứ Lào Cai đề xuất xây dựng khu nghĩ dưỡng ở Sa Pa đến những năm 1940, Sa Pa đã có những bước chuyển mình nhanh chóng, được quy hoạch bài bản, thống nhất, bao gồm trụ sở của các cơ quan cai trị như Dinh Chánh sứ Lào Cai và Dinh Thống sứ Bắc Kỳ, khu điều dưỡng quân đội, các khách sạn, biệt thự tư nhân, nhà thờ, và cả một loạt các dịch vụ giúp vận hành khu nghỉ mát nổi tiếng ở Đông Dương.