El aumento del tráfico comercial requería la construcción de un nuevo puerto en la ciudad. Eduardo Madero había presentado varios proyectos para su construcción en 1861 y 1869, pero fue en 1882 cuando su proyecto es aceptado gracias a su tío Francisco Madero, vicepresidente de la Nación durante la primera presidencia de Julio Argentino Roca. El puerto fue inaugurado en 1884, pero la dársena norte y el dique 4 fueron inaugurados recién en 1897. Este puerto tuvo muchas deficiencias; por lo que en 1908 el Congreso de la Nación estableció la construcción del Puerto Nuevo, que fue inaugurado en forma provisoria en 1919, compuesto por dársenas abiertas y ubicado al norte de la Avenida Córdoba.
Pero no todo era prosperidad en la ciudad de Buenos Aires. Los festejos del Centenario se desarrollaron bajo estado de sitio, declarado a raíz de la huelga general sucedida el año anterior luego de la sangrienta represión en Plaza Lorea a una manifestación anarquista, que dejó 8 muertos y más de 100 heridos, y que luego se daría a conocer como la “Semana Roja”. En enero de 1919 fueron asesinados 700 obreros y hubo cerca de 4000 heridos luego de un conflicto desatado a raíz de una huelga en los talleres metalúrgicos Pedro Vasena e Hijos, hecho que sería recordado como la “Semana Trágica”.
Desde 1895 a 1914, a raíz de la llegada de las grandes corrientes inmigratorias, la ciudad creció con una de las tasas anuales más grandes del mundo y en 1914 era la duodécima ciudad más grande del mundo con 1.575.000 habitantes, y también creció cultural y comercialmente
Esta inmigración provocó cambios en la fisonomía de la ciudad. Era frecuente la construcción de conventillos, viviendas precarias que eran alquiladas a los recién llegados, quienes debían convivir en una situación de hacinamiento y falta de higiene. También comenzaron a formarse las primeras villas de emergencia, que si bien se desarrollaron a partir de la década de 1930, existían desde fines del siglo XIX.
Durante finales del siglo XIX y principios del siglo XX existió un gran desarrollo del sistema tranviario. La primera línea de tranvía fue inaugurada el 14 de julio de 1863. Para la década de 1920 la red contaba con 875 km de líneas, 3.000 vehículos y 12.000 empleados. El sistema continuó funcionando hasta el 19 de febrero de 1963, luego de lo cual la ciudad se queda sin tranvías hasta que se inaugura el PreMetro el 27 de agosto de 1987,salvo por un servicio histórico que funciona en el barrio de Caballito los feriados y fines de semana desde 1980 —el "Tramway Histórico de Buenos Aires"— proporcionado por la Asociación Amigos del Tranvía.
En 1936 se construyó el Obelisco y el año siguiente se inauguró el primer tramo de la Avenida 9 de Julio, cuya extensión sería ampliada varias veces en las décadas siguientes.
En 1941, tras 4 años de obras, se inauguró la Avenida General Paz. Desde ese entonces, le sirve de límite con la Provincia de Buenos Aires, si bien dichos límites habían sido fijados por ley en 1887.
Durante los gobiernos de la Revolución del 43 y los mandatos de Juan Domingo Perón, a raíz de un fuerte proceso de migración interna, la ciudad aumentó su población tanto dentro de sus límites administrativos como en los partidos de la provincia de Buenos Aires lindantes con la misma, lo cual llevó a la conformación de la megaciudad conocida como Gran Buenos Aires.
En 1955 la ciudad sufrió el bombardeo de la Plaza de Mayo por un grupo de militares y civiles opuestos al gobierno del presidente Juan Domingo Perón con la intención de derrocarlo. En el hecho murieron 308 personas y hubo más de 700 heridos.
Hacia 1976 (plena dictadura militar), con vistas a un parque automotor en constante expansión, fue ideado el Plan de autopistas urbanas, firmemente ejecutado por el intendente Cacciatore, que contemplaba una red de autopistas con peaje. La construcción comenzó en 1978, y las autopistas 25 de Mayo y Perito Moreno fueron finalmente inauguradas el 6 de diciembre de 1980. Una importante cantidad de terrenos fueron expropiados, en muchos casos de manera forzada, y con profundo malestar y rechazo de gran parte de los vecinos afectados. Muchos de ellos fueron trasladados a barrios construidos por proyectos estatales de vivienda. Otras obras fueron comenzadas y luego abandonadas, y dichos terrenos fueron ocupados ilegalmente.
El 17 de marzo de 1992 a las 14:45 horas, un coche bomba explotaba contra el edificio de la Embajada de Israel causando 29 muertes, pero no sería el único, ya que el hecho se repetiría el 18 de julio de 1994 a las 9:53, esta vez contra la sede de la AMIA, causando 85 muertos y más de 300 heridos.
Tras la Reforma de la Constitución Argentina de 1994 la ciudad pudo contar con su propia Constitución y con un gobierno autónomo de elección directa. En las primeras elecciones del Poder Ejecutivo, efectuadas en 1996, resultó ganadora la fórmula radical, convirtiendo a Fernando de la Rúa en el primer Jefe de Gobierno. De la Rúa renunciaría a su cargo en 1999 para asumir la Presidencia de la Nación, siendo su mandato completado por el vicejefe Enrique Olivera.
Durante los años siguientes la Ciudad continuó con su desarrollo cultural y de su infraestructura. Comenzaron nuevas obras de ampliación de la línea de subterráneos; a la vez que fueron inaugurados y refaccionados diferentes museos, teatros y centros culturales.
En diciembre de 2001 la Ciudad fue testigo de algunos de los cacerolazos y marchas que pedían la renuncia del Ministro de Economía, Domingo Cavallo, y del Presidente de la Nación, Fernando de la Rúa. La represión policial ordenada por el Gobierno Nacional causó varios muertos tanto en las cercanías de la Casa Rosada como en las del Palacio del Congreso. El conflicto finalizó con la renuncia del Presidente, y dio lugar a una de las peores crisis institucionales que sufrió la República Argentina.
En 2003 fue promulgada la Unión Civil, tanto para las parejas homosexuales como para las heterosexuales, convirtiéndose en la primera ciudad en América Latina en oficializar dichas uniones.
En el 2004 la Ciudad sufrió una de sus mayores tragedias cuando el 30 de diciembre se produjo un incendio en el local República Cromañón, que causó 193 muertos y 1432 heridos.Este hecho produjo además una investigación para determinar la responsabilidad política del Jefe de Gobierno Aníbal Ibarra; tras la cual, la Legislatura decidió suspenderlo y luego destituirlo, siendo reemplazado definitivamente por el Vicejefe de Gobierno Jorge Telerman el 7 de marzo de 2006.
El 10 de diciembre de 2007 Mauricio Macri asumió el cargo de Jefe de Gobierno, luego de vencer la fórmula compuesta por él y Gabriela Michetti, en la segunda vuelta de las elecciones realizadas en junio del mismo año, al binomio Daniel Filmus-Carlos Heller con el 60,96% de los votos. Dicha fórmula había triunfado también en la vuelta previa al obtener el 45,62%, con una diferencia de más del 20% respecto de sus principales competidores.
En 2010 en la ciudad se realizaron los actos centrales del Bicentenario de Argentina, durante los cuales también se celebró la reinauguración del Teatro Colón, luego de los trabajos de restauración hechos a raíz de su deterioro.
