В 1897 году в городе было 259 фабрик и заводов с 11 тыс. рабочих, с годовым производством свыше 16 млн рублей. Ремесленников здесь числилось до 4100 человек.
В начале XX века Харьков продолжает расти как крупный промышленный центр юга России. К 1917 году количество рабочих в Харькове увеличилось по сравнению с 1899 годом более чем в три раза и составляло свыше 35 тыс. человек. В конце XIX – начале XX веков в городе открывается ряд банков, здесь обосновались конторы крупнейших в России синдикатов «Продамет» и «Продуголь», проходили съезды горнопромышленников.
Велись работы по благоустройству города. На центральных магистралях строились мостовые. В 1871 году в Харькове на смену масляным фонарям пришли газовые, а в начале XX века – электрические. В 1882 году проложена первая линия городской конной железной дороги (конки). В 1897 году в Харькове построена электростанция, появилось трамвайное сообщение.
Впрочем, социальные проблемы привели к тому, что край стал одним из центров революционного движения. Еще в 1872 году в городе произошло стихийное выступление рабочих и ремесленников против произвола полиции и местных властей. Два дня продолжались волнения, в которых приняло участие около 3 тыс. человек. Рабочие и городская беднота разгромили полицейские участки и квартиры некоторых чинов полиции. На подавление выступления была мобилизована вся полиция города, а также воинские части. Чуть позже в Харькове действовала местная организация «Народной Воли», организовавшая покушение на харьковского губернатора. В начале 1890-х годов возникли первые марксистские кружки. В 1898 году создан харьковский комитет РСДРП. В дальнейшем Харьков был одним из центров большевизма.
Впрочем, в Харькове появились также и украинские самостийнические организации. Летом 1891 года несколько харьковских студентов создали организацию «Братство тарасовцев». В 1897 году в Харькове возникло тайное Украинское студенческое общество. Наконец, в январе 1900 года на собраниях студенческих обществ Харькова создана первая в России украинская политическая партия – Революционная украинская партия (РУП), по своим программным целям близкая к социал-демократам. Впрочем, «руповцы» быстро раскололись и сошли со сцены. Как и во всей Малороссии, харьковские самостийники были малочисленными – не более 100 человек во всех вместе взятых организациях, и были совершенно незаметны на фоне социал-демократов, эсеров или кадетов.
В начале XX века в Харькове неоднократно происходили забастовки и массовые манифестации. Во время революции 1905–1907 годов на Слобожанщине состоялся ряд политических забастовок и вооруженных выступлений рабочих, крестьянских беспорядков.
Харьковская губерния также переживала экономический подъем, хотя губернский центр «оттянул» на себя большую часть промышленности. В 1901 году в губернии проживало 2 773 047 человек (1 427 869 мужчин и 1 345 178 женщин). В городах проживали 395 738 человек, или 14 % всего населения; в селениях – 2 377 309 человек, или 86 %. На 1 кв. версту приходилось 57,9 жителей. Малороссы – 80,6 %, русские – 17,7 %. Естественный прирост населения был велик. Так, в 1901 году он равнялся 2 % в год.
В составе Украины
После падения монархии в феврале 1917 года в Харькове, как и во всей России, стали активно возникать советы. Кроме советов рабочих, солдатских и крестьянских депутатов, в Харькове был образован совет студенческих депутатов – сказывалось наличие университета, студенты которого были проникнуты радикальными взглядами.
24 декабря 1917 года в здании Дворянского собрания открылся I Всеукраинский съезд Советов. Съезд принял решение о признании на Украине всех декретов и постановлений правительства Ленина и провозгласил советскую Украину федеративной частью Советской России. Практически сразу же развернулась гражданская война, которая на Украине носила особенно ожесточенный и запутанный характер. Власти в Харькове менялись с калейдоскопической быстротой.
Город побывал столицей Донецко-Криворожской республики (февраль-май 1918 года), находился под германской оккупацией (май-ноябрь 1918 года), под властью Директории УНР (ноябрь-декабрь 1918 года), после чего в нем во второй раз была установлена советская власть (январь-июнь 1919 года), затем город был взят деникинской армией (июнь-декабрь 1919 года), а с декабря 1919 года в нем в третий раз установилась советская власть. 19 декабря 1919 года Харьков был объявлен столицей Украинской Советской Социалистической Республики. Вплоть до 1934 года он был столицей Украины. Впрочем, и уступив полномочия республиканской столицы Киеву, Харьков оставался важнейшим центром промышленности и науки всесоюзного уровня.
Харьков в эти годы стремительно развивался. Советская индустриализация проявила себя в этом городе особенно заметно. Город стремительно рос – в 1939 году здесь проживали уже 833 тыс. человек.
Национальный состав Харькова на 1939 год, в тыс. человек, был таков:
По своему экономическому развитию город стал третьим после Москвы и Ленинграда индустриальным центром СССР.
Машиностроение Харькова до Великой Отечественной войны давало около 40 % продукции всей машиностроительной промышленности Украины и 5 % – СССР.
В 1930–1931 годах под Харьковом был в рекордные сроки построен тракторный завод – один из крупнейших в мире. В годы первых пятилеток в Харькове были возведены многие заводы-гиганты. Символом роли Харькова в советской индустрии был знаменитый Дом государственной промышленности – первый советский небоскреб высотой 63 метра, построенный в стиле конструктивизма на центральной площади города в 1928 году. Сама же площадь считается самой большой в Европе и второй по величине в мире (после площади Тяньаньмэнь в Пекине).
Развивалась и наука. В Харькове впервые в СССР в 1932 году было осуществлено расщепление атомного ядра. В Харькове жили и творили многие выдающиеся ученые. Например, с этим городом связано имя геометра Алексея Погорелова, автора не только математических расчетов, но и учебника по геометрии, по которому училось целое поколение школьников Советского Союза. Здесь же физик А. Щукарев создал «машину логических мышлений» – прообраз компьютера. В целом Харьков превратился в третий по значению научный центр Советского Союза.
Не лишено пикантности, что русскоязычный Харьков, будучи столицей УССР в годы масштабной украинизации, сам почти не воспринял украинскую мову, сохранив русский язык и культуру.
В годы Великой Отечественной войны Харьков в силу своего экономического значения стал ареной жестоких боев. Немецкие войска заняли Харьков в октябре 1941 года. Он оказался самым крупным из всех советских городов, оккупированных в годы войны. Советские войска в общей сложности предприняли четыре попытки вернуть Харьков. В феврале-марте 1943 года город был освобожден, но в результате немецкого контрнаступления вновь занят противником. Только в августе 1943 года Харьков был освобожден окончательно.
Город жестоко пострадал за время оккупации. Была уничтожена значительная часть городских кварталов. Но благодаря напряженному труду советских людей Харьков был достаточно быстро – к середине 1950-х годов – восстановлен.