Azərbaycan Xalq Cümhuriyyətinin süqutundan sonra hakimiyyət Azərbaycan Hərbi-İnqilab Komitəsinin əlinə keçdi. Bakı 1920-ci ilin aprelində Azərbaycan Sovet Sosialist Respublikasının - Azərbaycan SSR-in paytaxtı oldu.

Sovet hökuməti hakimiyyətini Bakı quberniyası ərazisinə yaymağa müvəffəq oldu. Quberniya inzibati ərazi vahidi ləğv edildi. Sovet hakimiyyəti qurulandan sonra da Bakının inkişafı davam etdi. Şərq xalqlarının I qurultayı (1920, sentyabr) Bakıda çağırılmışdı. 1921-ci il mayın 6-da Bakıda çağırılmış Birinci Ümumazərbaycan Sovetlər qurultayı, Azərbaycan SSR-in I qurultayı Azərbaycan SSR-in I Konstitusiyasını təsdiq etmişdi (19 may). 1922-ci il dekabrın 10-da çağırılmış Zaqafqaziyanın I sovetlər qurultayı Zaqafqaziya Sovet Federativ Sosialist Respublikası  yaradılması haqqında qərar qəbul etmişdi.

1921-1925-ci illərdə Bakıda neft çıxarılması təqribən iki dəfə artmışdı. 1926-1927-ci illərdə Bakıda çoxlu zavod, fabrik və s. yeni sənaye müəssisələri işə salınmışdı. 1926-cı ilin iyulunda Bakını Balaxanı, Sabunçu və Suraxanı mədən rayonları ilə birləşdirən dəmir yolu elektrikləşdirilmişdi. Bakıda 10 yeni neft emalı zavodu tikilmişdi. Neft mədənləri yeni texnika ilə təchiz edilmişdi. Bakı sənayesinin ümumi məhsulu 2,2 dəfə, neft hasilatı 3 dəfə artmışdı. Texnikanın qabaqcıl nailiyyətləri sənayeyə tətbiq olunurdu.

Böyük Vətən müharibəsi dövründə Bakı əhalisi Vətənin müdafiəsinə qalxdı. Müharibənin əvvəllərində Bakının müxtəlif sənaye müəssisələrindən minlərlə işçi könüllü surətdə cəbhəyə getdi. Bakılılar ölkənin müdafiə fonduna təqribən 2,5 mln. manat pul, xeyli miqdarda qızıl, gümüş və s. verdi. Bakı sovet ordusunun əsas cəbbəxanalarından birinə çevrildi. Bakı ordunu döyüş sursatı və hərbi ləvazimat, xalq təsərrüfatını mln. tonlarla neft məhsulları ilə təmin edirdi. Müharibə illərində sovet neftinin təqribən 3/4 hissəsini Bakı verirdi. Burada neft-kimya məhsullarının 100 yeni növünün istehsalı mənimsənilmişdi. Həmin dövrdə təkcə Azərbaycan dəmir yollarının Bakı şöbəsindən cəbhənin və ölkə sənayesinin ehtiyacları üçün müxtəlif yüklərlə 1 mln.-dan artıq vaqon yola salınmışdı.

Müharibədən sonrakı dövrdə bakılılar xalq təsərrüfatının inkişafı sahəsində xeyli iş gördülər. Bakı fəhlələrinin gərgin əməyi sayəsində neft və s. sənaye sahələri sürətlə inkişaf etməyə başladı. Bakı neftçiləri dünyada ilk dəfə olaraq açıq dənizdən neft çıxardılar. Neft Daşları, Çilov adası, Qum adası və s. kimi zəngin neft yataqlarının istismarı genişləndi. Bakı neft-kimya, maşınqayırma, metal emalı, yüngül, yeyinti və s. sənaye sahələrinin iri mərkəzlərindən birinə çevrildi. Bakıda iri evtikmə kombinatı, şin zavodu metropoliten tikilmiş, Bakıdan Tbilisi və Yerevana qaz kəməri, Kürdən Bakıya su kəməri çəkilmiş, bir sıra sənaye müəssisələrində istehsalatın kompleks mexanikləşdirilməsinə və avtomatlaşdırılmasına başlanmışdı. 1967-ci ildə Bakı metrosu istismara verilmişdir. Azərbaycan KP MK-nın 1969-cu il avqust plenumunun qərarları Bakıda iqtisadiyyata rəhbərliyin, kadrların seçilməsi və tərbiyə edilməsi işinin yaxşılaşdırılmasında, kütlələrin siyasi və əmək fəallığının yüksəldilməsində mühüm rol oynadı.

1970-1980-ci illərdə Bakının iqtisadiyyat və mədəniyyəti daha da inkişaf etdi. Bakıda müasir texnologiyalara əsaslanan neft emalı üzrə yeni qurğular (YBNZ ELOU-AVT) yaradılmış, burada həm Azərbaycanda hasil olunan, həm də digər müttəfiq respublikalardan gətirilən xam neftin də emalı həyala keçirilirdi. Radiotexnika və sair yeni sənaye sahələri yarandı. Bakıda məişət kondisionerləri zavodu, bir neçə müasir tikiş və ayaqqabı fabrikləri, şampan zavodu tikilib istifadəyə verilmiş, neftayırma müəssisələrində bir sıra qurğular avtomatlaşdırılmış, metronun yeni xətti çəkilmiş və s. işlər görülmüşdü. Dəniz nəqliyyatı da inkişaf edirdi. Bakı dəniz gəmiçiliyi neftdaşıyan, quru mal daşıyan, sərnişin daşıyan böyük donanmaya malik idi. 1970-ci illərin I yarısında Bakı aeroportu yenidən quruldu. Bakıda Əhmədli, Günəşli, Yeni Serebrovski (indiki Qaraçuxur), Badamdar yaşayış massivləri salındı. 1970-ci illərdə Bakı Dəniz vağzal V.İ.Lenin adına Respublika sarayı (indiki Heydər Əliyev sarayı), "Moskva”, “İnturist”, “Abşeron” mehmanxanaları, Respublika velotreki tikildi, V.İ.Lenin meydanının (indiki Azadlıq meydanı) memarlıq ansamblı yaradıldı. 1980-ci illərdə “Gülüstan” sarayı, yeni zoopark, örtülü idman kompleksləri tikildi. Bakıda yaşıllıqların sahəsi 10 min ha-ya çatdırıldı. Bakıda yeni tibb texnikası ilə təchiz edilmiş diaqnostika mərkəzi, kardioloji mərkəz, uşaq sağlamlıq kompleksi, bir çox xəstəxana, poliklinika və ambulatoriya tikilib istifadəyə verildi.

1971-ci ildə Heydər Əliyevin təşəbbüsü ilə C.Naxçıvanski adına respublika orta ixtisaslaşdırılmış internat məktəbi (1991-1997-ci illərdə Bakı ibtidai hərbi məktəbi adlanırdı) təşkil olundu. 1970-1980-ci illərdə yeni ali təhsil ocaqları fəaliyyətə başladı. 1971-ci ildə Azərbaycan Pedaqoji Rus Dili və Ədəbiyyatı İnstitutu (indiki Bakı Slavyan Universiteti), Azərbaycan Pedaqoji Xarici Dillər İnstitutu (indiki Azərbaycan Dillər Universiteti) təşkil olundu. Azərbaycan Dövlət Universitetində (indiki Bakı Dövlət Universiteti) 13 min tələbə təhsil alırdı. 1980-cı ilin ortalarında stereofilmlər kinozalı (“Araz” kinoteatrı) fəaliyyətə başladı. 1972-ci ildə Azərbaycan Xalçası və Xalq Tətbiqi Sənəti Dövlət Muzeyi, 1975-ci ildə Ü.Hacıbəylinin və S.Vurğunun, 1982-ci ildə isə C.Cabbarlının və Bülbülün ev muzeyləri təşkil olundu. Bakıda 1970-ci ildən “Sovet türkologiyası”, 1975-ci ildən “Azərbaycan təbiəti” jurnalları çap olunmağa başladı. 1976-1988-ci illərdə Bakıda 10 cildlik ilk universal Azərbaycan Sovet Ensiklopediyası (ASE) çapdan çıxdı. İçərişəhərdə ASE-nin yeni binası istifadəyə verildi.

XX əsrin 80-ci illərinin ikinci yarısında SSRİ-nin iqtisadi, siyasi və mənəvi həyatında böhranqabağı vəziyyət yaranmışdı. İstehsalın artım sürəti, əməyin məhsuldarlığı durmadan aşağı düşürdü. Mövcud üsul-idarənin mənəvi dayağı olan kommunist ideologiyası iflasa uğramışdı. İttifaq respublikalarında milli özünüdərk, hüquqların tapdalanmasına, sərvətlərin talan olunmasına etiraz əlamətləri güclənməkdə idi. Təkpartiyalı siyasi sistem ləğv olunmadan, respublikaların suveren hüquqları özlərinə qaytarılmadan iqtisadiyyatı dirçəltmək qeyri-mümkün idi.

Kommunist Partiyası növbəti dəfə Sovet imperiyasını mövcud böhranqabağı vəziyyətdən xilas etmək üçün bir sıra cəhdlər göstərdi. Məqsəd hətta ictimai-iqtisadi sistem və dövlət idarəçiliyinin üsulları dəyişilsə də, imperiyanın ərazi bütövlüyünü qorumaq idi. Moskva mərkəzdənqaçma qüvvəsini zəiflətmək üçün ənənəvi "parçala, hökm sür" siyasətindən daha geniş istifadə edir, milli zəmində münaqişələri qızışdırırdı. Kreml mühüm coğrafi-siyasi ərazi olan Azərbaycanı və bütün Cənubi Qafqazı əldə saxlamaq üçün erməni separatizmini və uydurma "Dağlıq Qarabağ problemini" qızışdırdı. Sovet imperiyasının dağılmasında maraqlı olan Qərb dövlətləri də bu işdə fəal iştirak etdilər.

1987-ci ilin oktyabr ayında Heydər Əliyevin SSRİ rəhbərliyində tutduğu yüksək vəzifələrdən uzaqlaşdırılması erməni separatçılarında niyyətlərinə çatmaq ümidini artırdı. İrəvanda "Qarabağ komitəsi" və Xankəndidə (keçmiş Stepanakert) “Krunk” adlanan təşkilatların ilk mitinqləri keçirildi. 1988-ci ilin əvvəlindən Xankəndidə erməni əhalisi ardı-arası kəsilməyən mitinqlər və nümayişlər keçirməyə başladı. 20 fevral 1988-ci ildə Xankəndidə Vilayət Xalq Deputatları Sovetinin növbədənkənar sessiyası keçirildi, muxtar vilayətin Azərbaycan SSR-in tərkibindən çıxarılıb Ermənistan SSR-in tərkibinə daxil edilməsi haqqında qəbul edildi. Moskva münaqişəni daha da qızışdırırdı. Sovet İKP MK Siyasi Bürosunun Bakıya gəlmiş üzvü sərhədləri dəyişdirməyin yolverilməzliyindən danışsa da, İrəvana gedən üzvü DQMV-dəki separatçılığa haqq qazandırırdı. 

1988-ci ilin yanvar-fevral aylarında Ermənistanda yaşayan minlərlə azərbaycanlı qaçqın kimi Azərbaycana pənah gətirmişdi. Fevralın 22-də “DQMV Azərbaycanın ayrılmaz tərkib hissəsidir” şüarları ilə Bakıda ilk etiraz mitinqi keçirildi. Dağlıq Qarabağda və Ermənistanda azərbaycanlılara qarşı edilən zorakılıqlara etiraz əlaməti olaraq keçirilən mitinqlərdən sonra 1988-ci il fevralın 27-28-də SSRİ DTK-sının təhriki və erməni ekstremistlərinin bilavasitə iştirakı ilə Sumqayıtda kütləvi iğtişaşlar törədildi. 26 erməni, 6 azərbaycanlı qətlə yetirildi. İstintaqla müəyyən edilmişdir ki, iğtişaşların təşkilatçılarından biri milliyyətcə erməni Eduard Qriqoryan olmuşdur və o, 5 ermənini qətlə yetirmişdir.

18 may 1988-ci ildə Bakıdakı “Azadlıq” meydanında (keçmiş V.İ.Lenin adına meydan) azərbaycanlıların Ermənistandan qovulmasına etiraz əlaməti olaraq mitinq keçirildi. 1988-ci ilin noyabrında Ermənistandan kütləvi surətdə qovulan azərbaycanlıların əksər hissəsi Bakıda yaşayan ermənilərlə mənzillərini dəyişdirərək Bakıda məskunlaşdılar. Həmin vaxtlar Bakıda xalq hərəkatı başladı. Noyabrın 17-dən dekabrın 5-dək Azadlıq meydanında fasiləsiz mitinqlər keçirildi. Dekabrın 5-də Bakıya hərbi qüvvə yeridildi və mitinq dağıdıldı. Bakıda komendant saatı elan olundu. Hazırda 17 noyabr “Milli Dirçəkiş günü” rəsmi dövlət bayramı kimi qeyd edilir. 

SSRİ Ali Sovetinin Rəyasət Heyəti Azərbaycanın hüquqlarını kobud surətdə pozaraq 1989-cu il yanvarın 12-də "Azərbaycan SSR-in DQMV-də xüsusi idarəçilik formasının tətbiqi haqqında" qərar qəbul etdi. Ermənipərəst A.Volskinin başçılığı ilə birbaşa Moskvaya tabe olan müvəqqəti Xüsusi İdarə Komitəsi (XIK) təşkil edildi, bütün dövlət və ictimai orqanların səlahiyyətləri dayandırıldı.

1989-cu il 29 iyul -6 avqust tarixində Azərbaycan Xalq Cəbhəsinin təşkilatçılığı ilə Bakıda mitinqlər keçirilmiş, DQMV-də Xüsusi İdarə Komitəsinin ləğvi və Azərbaycanın suveren hüquqlarının bərpası tələb edilmişdir. Sentyabrın 9-da Bakıda keçilən mitinqdə DQMV-də Xüsusi İdarə Komitəsinin buraxılması və Azərbaycanın bütün ərazisində onun suveren hüquqlarının bərpası tələb edilmişdir. Ermənistan SSR Ali Soveti dekabrın 1-də "Ermənistan SSR və Dağlıq Qarabağı birləşdirmək haqqında" qərar qəbul etdi. 13-14 yanvar 1990-cı ildə  Bakıda bir erməninin iki azərbaycanlını öldürməsinə cavab olaraq ermənilərə qarşı iğtişaşlar baş vermişdir. Həmin vaxt Bakıda olan SSRİ Daxili İşlər Nazirliyinin 12 minlik silahlı qüvvəsi baş verən hadisələrə seyrçi münasibət göstərmişdir. 15 yanvar 1990-cı ildə SSRİ Ali Sovetinin Rəyasət Heyətinin sədri M.Qorbaçov “DQMV və bəzi başqa rayonlarda fövqəladə vəziyyət elan edilməsi haqqında” fərman imzalamışdır. Azərbaycan SSR Ali Sovetinə təklif edilmişdi ki, Bakı və Gəncə şəhərlərində və başqa yaşayış məntəqələrində qadağan saatlarının tətbiq edilməsi də daxil olmaqla lazımi tədbirlər görsün. Yanvarın 17-də Azərbaycan KP MK-nın binasının qarşısında izdihamlı mitinq başlanmış və ümumi tətil elan olunmuşdur. Tələb edilmişdi ki, Ermənistanın Azərbaycana ərazi iddialarına son qoyulsun, imperiyanın Bakı ətrafına yığdığı qoşunlar Dağlıq Qarabağa və Ermənistan tərəfdən hücuma məruz qalan sərhəd bölgələrinə göndərilsin. 1990-cu il yanvarın 19-da SSRİ Ali Sovetinin Rəyasət Heyəti yanvarın 20-də saat 00-dan "Bakı şəhərində fövqəladə vəziyyət tətbiq edilməsi haqqında” fərman verdi. Azərbaycan xalqına qarşı qırğın törətmək üçün qoşunlardan istifadə ediləcəyi və fövqəladə vəziyyətin elan olunacağı vaxt gizli saxlanıldı. Yanvarın 19-da saat 19.27-də Azərbaycan televiziyasının enerji bloku partladılaraq sıradan çıxarılmışdı.

Bakıda minlərlə adam sovet ordusunu şəhərə buraxmamaq məqsədilə küçələrə çıxmışdı. Qoşun hissələri yanvarın 19-da saat 21-də əvvəlcə Türkan Qala istiqamətindən şəhərə yeridildi. Bakı əməliyyatına SSRİ müdafiə naziri Dmitri Yazov şəxsən rəhbərlik edirdi. Bakıdakı sovet qarnizonunun qoşunları, gətirilən hərbi hissələr, hərbi gəmilərdəki desant və xüsusi cəza dəstələri dinc əhaliyə qarşı hücuma keçdi. Ağır hərbi texnika çox asanlıqla barrikadaları dağıtdı, xüsusi qəddarlıqla misli görünməmiş vəhşiliklər törətdi. Əsgərlər gözyaşardıcı qazdan istifadə edir, əliyalın adamlara avtomatlardan atəş açırdılar. Qaçıb sığınacaqlarda gizlənənlər tankların üstündəki projektorlar vasitəsilə axtarılıb tapılır, gülləbaran edilirdilər. Hərbçilər təsadüfən yola çıxanları (o cümlədən yaşlıları, qadınları, uşaqları), yaşayış evlərini, təcili yardım maşınlarını, şəhərdəki nəqliyyat vasitələrini atəşə tutur, yaralıları öldürür, meyitləri yandırır, adamları tankların tırtılları altına salıb vəhşicəsinə əzirdilər. Əsgərlər tibb müəssisələrini mühasirəyə alaraq yaralıların buraya gətirilməsinə və tibbi heyətin yaralılara köməyə getməsinə mane olurdular. Rəsmi məlumata görə, sovet ordusunun Bakıya və başqa məntəqələrə hücumu vaxtı 150 nəfər öldürülmüş, 744 nəfər yaralanmış, 400 nəfər həbs edilmiş, 4 nəfər itkin düşmüşdür. Evlərə və şəxsi nəqliyyat vasitələrinə, şəhər təsərrüfatına və vətəndaşlara böyük maddi ziyan dəymişdir. Fövqəladə vəziyyət haqqında verilmiş fərman yalnız yanvarın 20-də saat 7-də elan olunmuşdu.

Bakı, bütün Azərbaycan fövqəladə vəziyyətə baxmayaraq, yanvarın 22-də şəhidlərlə vidalaşdı. Şəhər matəm libası geymişdi. Respublikada üç gün matəm elan olunmuşdu. "Azadlıq" meydanında böyük matəm mitinqi keçirildi. Mitinqdə və dəfn mərasimində iki milyona qədər adam iştirak edirdi. Bu, azadlıq yolunda müqəddəs şəhidlərə ehtiramın, habelə Moskvanın qanlı əməllərinə qarşı etirazın ifadəsi idi. Bakının küçələrində, Azərbaycan KP MK binasının divarlarında "Qorbaçov cəlladdır!", "Rədd olsun Sov. İKP!", "İşğalçılar, rədd olub gedin!" və s. şüarları yazılmışdı. Partiya biletlərindən tonqallar qalanırdı. 1991-ci il fevralın 5-də Azərbaycan SSR Ali Sovetinin sessiyası demokratik qüvvələrin tələbi ilə bir sıra tarixi qərarlar qəbul etdi. Dövlətin adı dəyişdirilərək "Azərbaycan Respublikası" adlandırıldı, Azərbaycan Xalq Cümhuriyyətinin bayrağı dövlət bayrağı kimi təsdiq olundu. Azərbaycan Respublikası Ali Sovetinin xalqın tələbi ilə çağırılmış növbədənkənar sessiyası 1991-ci il avqustun 30-da saat 13.30-da Azərbaycan Respublikasının dövlət müstəqilliyini bərpa etmək haqqında bəyannamə qəbul etdi.

Azərbaycan Respublikası Ali Sovetinin 18 oktyabr tarixli sessiyasında "Azərbaycan Respublikasının dövlət müstəqilliyi haqqında" Konstitusiya Aktı yekdilliklə qəbul edildi. Müstəqil Azərbaycan Respublikası özünü 1918-1920-ci illərdə mövcud olmuş Azərbaycan Xalq Cümhuriyyətinin varisi elan etdi.  Paytaxtı Bakı şəhəri olmaqla, Azərbaycan Respublikasının müstəqilliyini bir-birinin ardınca dünya dövlətləri tanıdı.