После распада Азербайджанской Демократической Республики власть перешла в руки Военно-революционного комитета Азербайджана. В апреле 1920 года Баку стал столицей Азербайджанской Советской Социалистической Республики - Азербайджанской ССР.

Оккупация Баку большевистской армией.
Апрель 1920 г.

Советскому правительству удалось распространить свою власть на территории Бакинской губернии. Административно-территориальная единица - губерния была отменена. Развитие Баку продолжалось и после установления Советской власти в Азербайджане. В Баку был созван 1-й съезд (сентябрь,1920) народов Востока.

Созванный 6 мая 1921 года I Всеазербайджанский съезд Советов утвердил I Конституцию Азербайджанской ССР (19 мая). Созванный 10 декабря 1922 года I съезд Советов Закавказья принял решение о создании Закавказской Советской Социалистической Республики (ЗСФСР). 

В 1921-1925 годах добыча нефти в Баку увеличилась почти в два раза. В 1926-1927 годах в Баку были введены в эксплуатацию заводы, фабрики и новые промышленные предприятия. В июле 1926 года была электрифицирована железная дорога соединяющая Баку с Сабунчинским, Сураханским, и Балаханскими промысловыми районами. В Баку было построено 10 новых нефтеперерабатывающих заводов. Нефтяные промыслы были оснащены новым оборудованием. Общий объем промышленной продукции Баку возрос в 2,2 раза, а добыча нефти увеличилась в 3 раза. Передовые достижения техники были внедрены в промышленность.

В годы Великой Отечественной войны население Баку встало на защиту родины. В начале войны тысячи рабочих из различных промышленных предприятий Баку добровольно отправились на фронт; бакинцы отдали большое количество золота, серебра и т.п. а также около 2,5 млн манатов в фонд обороны страны. Баку стал одним из главных оружейных складов советской армии. Город снабжал армию военными боеприпасами и военным снаряжением, а народное хозяйство млн тоннами нефтепродуктов. В годы войны Баку давал примерно 3/4 части советской нефти. Здесь было освоено производство 100 новых видов нефтехимической продукции. В тот период только из Бакинского отделения Азербайджанской железной дороги для нужд фронта и промышленности страны были отправлены более 1 млн. вагонов с различными грузами.

В послевоенный период бакинцы проделали огромную работу в области развития народного хозяйства. Благодаря упорному труду бакинских рабочих нефтяная и другие отрасли промышленности начали интенсивно развиваться. Нефтяники Баку впервые в мире стали добывать нефть в открытом море. Расширилась эксплуатация таких богатых нефтяных месторождений как «Нефт дашлары», «Чилов Адасы», «Гум адасы» и т.д. Баку стал одним из крупных центров нефтехимической, машиностроительной, металлообрабатывающей, легкой, пищевой и других отраслей промышленности.  В Баку были построены крупномасштабный домостроительный комбинат, шинный завод, метрополитен, из Баку в Тбилиси и Ереван был проложен газопровод, а также был проведён водопровод из Куры в Баку, началась комплексная механизация и автоматизация производства на ряде промышленных предприятий. В 1967 году было введено в эксплуатацию Бакинское метро. Решения пленума ЦК Компартии Азербайджана в 1969 году сыграли важную роль в управлении экономикой, улучшении работы при отборе и воспитании кадров, повышении политической и трудовой активности масс в Баку.

В 1970-х и 1980-х годах экономика и культура Баку стала еще больше развиваться. В Баку на основе современных технологий (YBNZ ELOU-AVT) были созданы новые установки по переработке нефти, в которых обрабатывалась сырая нефть, произведенная не только в Азербайджане, но и импортированная из других союзных республик. Появилась также и такая отрасль промышленности как радиотехника. 

В Баку были построены и введены в эксплуатацию завод бытовых кондиционеров, несколько современных швейных и обувных фабрик, завод шампанских вин, были автоматизированы ряд установок на нефтеперерабатывающих заводах, была проложена новая линия метро и проделаны другие работы. Также развивался морской транспорт. Бакинское морское пароходство владело большой флотилией, перевозящей нефть, сухие грузы и пассажиров. В первой половине 1970-х годов был реконструирован Бакинский аэропорт. В Баку были построены такие жилые массивы как Ахмедлы, Гюнешли, Серебровский (нынешний Гарачухур), Бадамдар. 

В 1970-х годах были построены: Бакинский морской вокзал, «дворец Республики» (ныне дворец имени Гейдара Алиева), Республиканский велотрек, отели «Москва», «Абшерон», «Интурист» и был создан архитектурный ансамбль площади имени В. И. Ленина (ныне площадь «Азадлыг»). В 1980-х годах были построены дворец «Гюлистан», новый зоопарк, крытые спортивные комплексы. 

Площадь зеленых насаждений в Баку было доведено до 10 тысяч га. В Баку были построены диагностический и кардиологический центры, детский оздоровительный комплекс, множество больниц и поликлиник оснащенные новым медицинским оборудованием.

По инициативе Гейдара Алиева в 1971 году была создана Республиканская специализированная средняя школа-интернат им. Дж. Нахичеванского (в 1991-1997 годах называлась Бакинская начальная военная школа). В 1970-1980 годах начали действовать новые высшие учебные заведения.  В 1971 году были созданы Азербайджанский Педагогический институт русского языка и литературы (ныне Бакинский славянский университет), Азербайджанский педагогический институт иностранных языков (ныне Азербайджанский университет языков). В Азербайджанском государственном университете (ныне Бакинский государственный университет) обучались 13 000 студентов. В середине 1980-х годов начал функционировать кинозал стереофильмов (кинотеатр «Араз»). В 1972 году был создан Государственный музей азербайджанского ковра и народно-прикладного искусства, в 1975 году были открыты дома музеи У. Гаджибейли, С. Вургуна, а в 1982 году Дж. Джаббарлы и Бюльбюля. С 1970 года в Баку также начали печатать журналы «Советская тюркология», а с 1975 года «Азербайджанская природа». В 1976-1988 гг. в Баку была издана первая универсальная Азербайджанская советская энциклопедия (АСЭ) и в Ичеришехер было построено новое здание для АСЭ.

Во второй половине 80-х годов XX века в экономической, политической и духовной жизни СССР возникло предкризисное положение. Темпы роста производства и производительность труда неуклонно снижались. Коммунистическая идеология, являющаяся духовной опорой существующей системы управления, потерпела поражение. В союзных республиках усиливались признаки протеста против разграбления богатства и нарушения прав и национального самосознания. Без отмены однопартийной политической системы и возврата республикам их суверенных прав невозможно было возродить экономику.

В очередной раз Коммунистическая партия предприняла попытки выхода из предкризисного положения. Целью была защита территориальной целостности империи несмотря, даже на изменение социально-экономической системы и методов государственного управления. Москва для ослабления центробежной силы использовала традиционную политику «разделяй и властвуй», разжигала конфликты на национальной почве. Кремль, чтобы удержать Азербайджан и Южный Кавказ как важную геополитическую территорию, разжигал «Нагорно-Карабахскую проблему» и армянский сепаратизм. Западные страны, которые были заинтересованы в развале советской империи активно участвовали в этом деле.

Отстранение в октябре 1987 года Гейдара Алиева от высокой должности в руководстве СССР усилило надежду армянских сепаратистов в достижении своих целей. Прошли первые митинги организаций «Комитет Карабаха» в Ереване и «Крунк» в Ханкенди (бывший Степанакерт). С начала 1988 года в Ханкенди, армянское население начало проводить беспрерывные митинги и демонстрации. 20 февраля 1988 года в Ханкенди состоялась внеочередная сессия областного Совета народных депутатов, и было принято решение о выходе автономной области из состава Азербайджанской ССР и вступлении ее в состав Армянской ССР.

Москва еще больше поджигала конфликт. Прибывший в Баку член Политбюро ЦК КПСС говорил о недопустимости изменения границ, а другой член отправившийся в Ереван оправдывал сепаратизм в НКАО.

В январе-феврале 1988 года тысячи азербайджанцев, проживающих в Армении как беженцы нашли убежище в Азербайджане. 22 февраля в Баку прошел первый митинг протеста под лозунгом «НКАО - неотъемлемая часть Азербайджана».

После митингов, проводимых в знак протеста насилия, совершенного против азербайджанцев в Нагорном Карабахе и Армении 27-28 февраля 1988 года подстрекательством КГБ СССР и при непосредственном участии армянских экстремистов, в Сумгайыте произошли массовые беспорядки. Были убиты 26 армян и 6 азербайджанцев. Следствие показало, что одним из организаторов беспорядков был армянин по национальности Эдуард Григорян, который лично убил 5 армян.

18 мая 1988 года в Баку, на площади «Азадлыг» (бывшая площадь имени В. И. Ленина) прошел митинг в знак протеста изгнания азербайджанцев из Армении.

В ноябре 1988 года обменяв свои квартиры с армянами, проживающими в Баку, большая часть массово изгнанных из Армении азербайджанцев поселились в столице. В то самое время в Баку началось народное движение. С 17 ноября до 5 декабря на площади «Азадлыг» проходили беспрерывные митинги. 5 декабря в Баку ввели военную силу и разогнали митинг, в городе объявили комендантский час. В настоящее время 17 ноября отмечается, как официальный государственный праздник – День национального возрождения.

Президиум Верховного Совета СССР грубо нарушив права Азербайджана 12 января 1989 года принял постановление «О введении особой формы управления в НКАО Азербайджанской ССР». Под руководством проармянски настроенного А. Вольского был создан временный Комитет особого управления, который непосредственно подчинялся Москве, и были приостановлены полномочия всех государственных и общественных органов.

С 29 июля по 6 августа 1989 года в Баку были проведены митинги, организованные Народным фронтом Азербайджана, с требованием ликвидировать Комитет особого управления НКАО и восстановить здесь суверенные права Азербайджана.

9 сентября на проведенном в Баку митинге было выражено требование о роспуске Комитета особого управления НКАО и о восстановлении суверенных прав Азербайджана на всей его территории.

1 декабря Верховный Совет Армянской ССР принял постановление «О воссоединении Армянской ССР и Нагорного Карабаха».

13-14 января 1990 года в ответ на убийство армянином двух азербайджанцев произошли столкновения с армянами. Находящееся в тот момент в Баку 12 тысячная вооруженная группировка МВД СССР безучастно наблюдала за этими событиями.

15 января 1990 года председатель Президиума Верховного Совета СССР М. Горбачев подписал указ «Об объявлении чрезвычайного положения в Нагорно-Карабахской Автономной Области и некоторых других районах». Верховному Совету Азербайджанской ССР было предложено предпринять необходимые меры, включая введение комендантского часа в городах Баку, Гянджа и других населенных пунктах.

17 января перед зданием ЦК КП Азербайджана начался многолюдный митинг и была объявлена всеобщая забастовка. Были выдвинуты требования о прекращении территориальных претензий Армении к Азербайджану, направлении сосредоточенных вокруг Баку имперских войск в Нагорный Карабах и в приграничные районы Азербайджана, подвергающиеся вооруженным нападениям со стороны Армении.

19 января 1990 года Президиум Верховного Совета СССР подписал указ «О введении чрезвычайного положения в городе Баку» с 00 ч. 00 мин. 20-го января. Информация о том, что войска будут использованы для осуществления резни против азербайджанского народа и время объявления чрезвычайного положения держались в секрете. 19 января в 19.27 часов был взорван энергоблок Азербайджанского телевидения.

В Баку тысячи человек с целью не допустить советскую армию в город вышли на улицы. 19 января с 21-го часа воинские части стали двигаться к городу со стороны Тюркан-Гала. Министр обороны СССР Дмитрий Язов лично руководил Бакинской операцией.  Войска Бакинского гарнизона, прибывшие воинские части, высаженные с военных судов десантные группы, перешли в атаку против мирного населения. Тяжелая военная техника с легкостью разрушала баррикады и с особой жестокостью совершала невиданные зверства. Солдаты использовали слезоточивый газ, стреляли из автоматов по безоружным людям. Спрятавшихся находили с помощью прожекторов танков и расстреливали. Военные расстреливали случайных прохожих (в том числе пожилых, женщин и детей), обстреливали жилые дома, машины скорой помощи, городской транспорт, убивали раненных, жгли, оскверняли трупы. Люди погибали мучительной смертью под гусеницами тяжелой военной техники. Солдаты осаждали медицинские учреждения и препятствовали оказанию медицинской помощи раненым.

В результате «боевой операции» советской армии против безоружных людей в Баку и других населенных пунктах, по официальным данным было убито 150 и ранено 744 человека, 4 человека пропали без вести, 400 человек было арестовано. Был нанесен огромный материальный ущерб домам, транспортным средствам, городскому хозяйству и гражданам. Только в семь часов утра 20 января было официально объявлено о введении чрезвычайного положения и установлении комендантского часа.

Несмотря на чрезвычайное положение, Баку и весь Азербайджан 22 января простились с шахидами. Город был облачен в траурное одеяние. В республике был объявлен трехдневный траур. На площади «Азадлыг» прошел большой траурный митинг. На митинге и церемонии погребения участвовало около 2 миллионов человек. Это было почитание священных шахидов, отдавших жизнь за свободу, а также выражение протеста против кровавых действий Москвы. На улицах Баку и на стенах здания ЦК КП Азербайджана были написаны лозунги «Горбачев палач!», «Долой КПСС!», «Оккупанты убирайтесь!» и т.д.

5 февраля 1991 года сессия Верховного Совета Азербайджанской ССР по просьбе демократических сил приняла ряд исторических постановлений. Название страны было переименовано в «Азербайджанскую Республику». Флаг Азербайджанской Демократической Республики был утвержден в качестве Государственного флага.

30 августа 1991 года на внеочередной сессии Верховного Совета Азербайджанской Республики, созванной по просьбе народа была принята Декларация о восстановлении государственной независимости Азербайджанской Республики.

На сессии Верховного Совета Азербайджанской Республики 18 октября единогласно был принят Конституционный акт «О государственной независимости Азербайджанской Республики». Независимая Азербайджанская Республика объявила себя правопреемником Азербайджанской Демократической Республики, просуществовавшей в 1918-1920 гг.

Государства мира одно за другим признали независимость Азербайджанской Республики со столицей Баку.