1911年12月29日，起义的17省代表在南京选举孙中山为临时大总统，中华民国建立。1912年元旦，中华民国临时政府在南京成立，孙中山宣誓就任临时大总统。

1927年3月24日，国民革命军北伐攻克南京。4月18日在成立南京国民政府，定南京为首都，同年置南京特别市。1930年改为院辖市（直辖市）。1927年至1937年定都南京的这十年被称作中国的“黄金十年”，期间南京进行大规模的首都建设，奠定了南京现代城市发展的良好基础。到1937年，南京城市人口增加到100万以上，为中国六大城市之一。

1937年12月13日，南京沦陷，日军在南京及附近地区进行长达40多天的大规模屠*，史称南京大屠*。 1945年9月9日9时，南京中央陆军军官学校大礼堂举行第二次世界大战中国战区受降仪式，日本宣布无条件投降。1946年5月，国民政府还都南京。

1949年4月23日，人民解放军攻占南京，南京解放，成为建国初全国13个直辖市之一。1952年9月与苏南、苏北行政区合并，成立江苏省；11月15日，南京改为省辖市。1953年1月1日，江苏省人民政府成立，南京由省辖市改为江苏省省会。1994年2月，中央明确南京的行政级别为副省级。