Осенью 1917 года в городе была установлена советская власть. Тогда город потрясала смута, гражданская и Первая мировая войны. В 1929 году в городе был образован Нижегородский краевой комитет ВКП(б). В период НЭПа ненадолго возродилась Нижегородская ярмарка. Однако, с началом индустриализации в 1930-х годах, ярмарка была закрыта, как «социально-враждебное явление».

В 1929 году поселения Сормово и Кунавино были упразднены, их территория вместе с другими поселениями (сёлами: Гордеевкой, Карповкой, Высоковым, деревнями: Высоково, Копосово, Починками, Бурнаковкой, Княжихой, Ратманихой, Костарихой, Молитовкой, Борзовкой, Монастыркой и др.) была включена в состав большого Нижнего Новгорода, который с тех пор стал делиться на районы. В том же году Нижегородская губерния была упразднена, и Нижний Новгород стал центром края. 7 октября 1932 года город был переименован в Горький.

Тридцатые годы XX века ознаменовались бурным ростом промышленности. В 1932 году начало работать крупнейшее промышленное предприятие города — Горьковский автомобильный завод, построенный при участии Ford Motor Co. В 1930-е — 1940-е годы город даже упоминался как «Русский Детройт». Автозавод представлял собой важный объект оборонной промышленности в годы Великой Отечественной войны, наряду с заводом «Красное Сормово», авиационным заводом № 21, Горьковским жиркомбинатом и, эвакуированным из Москвы, авиазаводом «Гидромаш». В 1932 году на Стрелке был создан крупный речной грузовой порт, имевший высокое значение как для города, так и для всей европейской части страны.

В Великую Отечественную войну 137-я дивизия Горьковского формирования получает звание гвардейской. Промышленные предприятия становятся важными поставщиками для фронта. На Горьковском машиностроительном заводе было выпущено столько же артиллерийских орудий, сколько на всех предприятиях Германии. В силу своего оборонно-промышленного значения город подвергался бомбардировкам немецкой авиации. За время войны вражеские бомбардировщики совершили 43 налёта на Горький, из них 26 налётов ночью.

В советское время транспортная сеть и инфраструктура строилась без учёта возможности грамотного управления городом, что послужило основой современных транспортных и инфраструктурных проблем. Многонаселённые спальные кварталы строились в Нижней части города, вблизи заводов, на которых, в основном, работали их жители. Тогда не предполагалось ежедневное перемещение работающего населения в другие районы или на другой берег Оки. Горький 1930-х — 1950-х годов представлял собой непосредственно город и несколько заводов с рабочими посёлкамии деревнями вокруг них, разделённых между собой пустырями, которые, к концу XX века, были уже застроены многоэтажными жилыми кварталами. На рубеже XX—XXI веков проявились недостатки такой схемы: значительное количество населения жилых микрорайонов Заречной части стало работать и учиться в нагорной части и наоборот. В результате чего четыре моста через Оку, три из которых построены в советский период, до сих пор остаются узкими местами транспортной системы города.

В силу нахождения в Горьком оборонных заводов, с 4 августа 1959 года согласно постановлению Совета Министров СССР он стал закрытым городом для иностранцев. Впоследствии это сказалось на низком притоке туристов и слабом развитии Горьковского аэропорта. Круизные теплоходы по Волге с иностранными туристами на борту проходили через Горький ночью, без высадки на берег.

В 1970 году Указом Президиума Верховного Совета СССР город Горький был награждён орденом Ленина.

В том же году на заводе «Красное Сормово» произошла крупная радиационная авария. 12 человек погибли сразу, остальные получили сильное облучение.

22 октября 1990 года город был переименован обратно в Нижний Новгород.

6 сентября 1991 года он был вновь открыт для посещения иностранными гражданами.

В 1990-х годах вновь начала функционировать ярмарка, которая стала площадкой для международных ассамблей, выставок и бизнес-форумов. В то же время немецкие корпорации Mersedes-Benz и Volkswagen выкупили часть ГАЗа для собственного производства.