随着城市群的崛起和创新的扩散，城市群规模的创新系统开始不断涌现。由此，城市群中的地方政府如何围绕创新展开合作治理的问题也对区域创新等相关理论提出了新的挑战。对此，共计12家国家自主创新示范区进行了极具现实意义和学术价值的独特中国实践。本文以府际协议为数据基础，结合合作网络分析和内容分析，尝试总结示范区中地方政府合作治理的模式及其特征。研究发现：地方政府之间基于合作规模、合作基础、上级介入和功能安排等，形成了行政型（NAO）、领导型（NLO）和共享型（SG）三类治理模式；基于不同的资源禀赋和创新条件，则存在着科技和产业两种不同的合作导向；而不同的合作模式亦在竞合关系、合作深度和密度等方面具有不同的优势和不足。国家自主创新示范区在地方政府合作治理方面的实践，丰富和拓展了既有的区域创新理论，而未来进一步促进创新一体化，则还需要平衡科技与产业，政策目标与政策工具，竞争与合作，以及功能与协作等四重张力。