Советский период
17 июня 1917 года Временное правительство выделило южную часть Томской губернии в Алтайскую с центром в Барнауле. Здесь был образован временный губернский исполком, параллельно с которым действовали и Советы при поддержке барнаульского гарнизона.
7 декабря 1917 года большевики взяли власть в Барнауле. Под угрозой военного столкновения с чехословацким корпусом, военно-революционный комитет, во главе с Иваном Присягиным принял решение оставить Барнаул.. Советская власть вернулась в город только 9-11 декабря 1919 года вместе с регулярной Красной армией и партизанской армией во главе Ефима Мамонтова. Белогвардейцы оставили город в надежде добраться до Новониколаевска (Новосибирск). Отступая, белая армия в районе села Тальменка попала в засаду, подготовленную Первой Чумышской Советской партизанской дивизией во главе с М. Ворожцовым (Анатолием).
После гражданской войны город начал меняться, многие горожане стали обзаводиться огородами, скотом, занимались кустарными промыслами, в городе появились коллективные хозяйства.
Индустриализация и коллективизация сильно повлияли на развитие города. В город переселяются жители деревень и малых посёлков, а сам город, фактически, становится центром агропромышленного комплекса региона. В 1923 году вступила в строй городская центральная электростанция. А в 1926 году по решению горсовета спущен Барнаульский пруд. В 1929 году в Барнауле появляется городской радиоузел. Открыта первая автобусная линия «Базар — Вокзал». И в 1933 году организовано первое высшее учебное заведение в городе — учительский институт (Барнаульский государственный педагогический институт).
В 1932 году был заложен крупнейший в Западной Сибири меланжевый комбинат, параллельно с ним шло строительство невиданного ранее в городе комплекса «соцгородка» — жилых зданий, детских садов, школ, медицинских учреждений для тех, кто трудился на этом предприятии.
В связи с образованием в 1937 году Алтайского края, Барнаулу был присвоен статус его административного центра.
Согласно генеральному проекту развития города от 1937 года, основными магистралями должны были стать Ленинский проспект и 2-3 Алтайские улицы, объединённые зелёной полосой скверов. Вокруг центральной площади, на пересечении этих улиц проектировались здания в 5-6 этажей для административных и хозяйственных учреждений, банка, НКВД. Здание городского совета предполагалось построить в центре площади, отодвинув его в сторону реки Оби. Перед ним пространство для демонстраций и митингов, далее сквер с партерной зеленью и обелиском. В этом же проекте была впервые заложена идея Обского бульвара. Однако война внесла свои коррективы — центральная площадь так и не сформировалась, а главные улицы остались с деревянной застройкой.
Во время Великой Отечественной войны в городе на постоянной основе разместилось около ста промышленных предприятий из Москвы, Ленинграда, Одессы, Харькова, других городов, временно оккупированных фашистскими войсками. Они стали основой промышленности города (назад возвращены не были). В городе стали работать крупные машиностроительные предприятия — заводы «Трансмаш», котельный, станкостроительный, выпустил первую продукцию радиозавод. Город поставлял фронту танковые дизельные моторы, кислородно-дыхательную аппаратуру для лётчиков, обмундирование, полушубки, валенки. По некоторым данным, около половины патронов, использованных Советской Армией во время войны, было произведено в Барнауле на станкостроительном заводе.
Послевоенные годы ознаменовались бурным развитием химической промышленности. В 50-60-е годы были построены заводы химического волокна, шинный, асбестотехнических изделий, ряд других. Впервые была предпринята попытка, решить жилищную проблему и переселить барнаульцев из ветхих деревянных домиков в относительно благоустроенные «пятиэтажки». Так появились районы массовой, «поточной» застройки — Поток, а вслед за ним Черёмушки, Солнечная поляна, Урожайный.
В 1980 году Указом Президиума Верховного Совета СССР город награждён орденом Октябрьской Революции.