Начиная с 20-х годов прошлого века Челябинск был включен в такую масштабную административно-территориальную единицу как Уральская область, со Свердловском (ныне Екатеринбургом) в роли административного центра. 1934 г. стал знаковым для Челябинска, так как Уральская область дробится на несколько новых областей, в связи с чем Челябинск приобретает новый статус административного центра Челябинской области, он несомненно привлёк к городу повышенное внимание со стороны центральных партийных органов.
К 1934 г. не только побороли демографический кризис, возникший после гражданской войны, но и сделали невероятный скачок вперед. Согласно данным переписи населения 1926 г. население города насчитывало 59 тысяч человек, к 1939 же численность населения уже равнялась 273 тысячам. Произошло это несомненно из-за урбанизации, которая связана с тем, что в 30-е гг. Челябинск становится одним из крупнейших советских индустриальных производственных центров. Если до сталинской индустриализации в Челябинске работало всего два завода, то начиная с 30-х к ним добавляются тракторный, ферросплавный, электродный, станкостроительный, абразивный, цинковый и другие заводы-гиганты, составляющие основу экономики города и по сей день. Именно с этим и связан социальный состав населения, а именно подавляющий процент рабочих среди населения Челябинска.
Сталинское время часто ассоциируется как с индустриализацией, так и массовыми репрессиями. Челябинск исключением не был: многие чиновники, партийные и хозяйственные деятели пали жертвами внутреннего террора. Подтверждение этому – масштабные захоронения казнённых в бывших рудных шахтах на «Золото горе» на северо-западе города.
Выдающийся советский литературовед А.А. Шмаков в «Письмах из Лозанны» так описывал Челябинск 30-х: «…вдруг открывается Челябинск. Огибаем целые километры новых домов, белых с серыми полосами. У подножия их всё ещё ютятся чёрные землянки, в которых раньше жили…»
Следующим после Сталинской индустриализации большим шагом для Челябинска и области станет Великая Отечественная война. Величайшая военная катастрофа оставила огромный отпечаток на жизнь города, несмотря на его удалённость от линии фронта. Будучи одним из крупнейших в стране железнодорожных узлов, Челябинск принял большое число эвакуированных людей и предприятий из районов боевых действий и оккупированных войсками Гитлера территорий. Население города увеличилось в два раза. Порою людям приходилось в буквальном смысле жить на заводах, так как необходимого количества жилплощади в городе не было, да и объём работы не оставлял времени на отдых.
В суровые военные годы Челябинск заслуженно получил прозвище «Танкоград». Челябинск давал фронту огромное количество танков разных моделей, артиллерийских установок, в том числе прославленных «Катюш», а также снарядов, броневых самолётных листов и другой продукции, без которой победить в войне Советскому Союзу было бы невозможно.
В 1941 г. в Челябинске было сформировано танковое училище, давшее армии почти семь тысяч квалифицированных кадров, которых так не хватало Красной Армии в 1941–1942 гг. Выпускники училища принимали участие в формировании Уральского Добровольского танкового корпуса, прозванного немецкими солдатами «танковой дивизией чёрных ножей»: отличительной особенностью экипировки солдат этого корпуса, являлись армейские ножи, специально изготовленные Златоустовским оружейным заводом.
В годы Великой Отечественной войны в Челябинск были эвакуированы предприятия из разных городов европейской части СССР, в том числе заводы из Ленинграда, Сталинграда и Харькова, составившие основу Танкограда. Подготовку инженерных кадров для работы на производстве вёл эвакуированный в августе 1942 г. Сталинградский механический институт, в октябре того же года институт начал приём аспирантов, в 1942/43 учебном году, первом году работы в Челябинске, в институте обучалось на всех курсах около 400 студентов, в том числе 90 вечерников. Весной 1943 г. институт произвел второй военный выпуск молодых специалистов в количестве 40 человек. В начале следующего, 1943/44 учебного года, в институте числилось уже около 660 студентов и 20 аспирантов. После завершения Сталинградской битвы вуз должен был вернуться обратно.
В 1943–1944 гг. институт размещался в разных частях Челябинска. Первая факультетская лаборатория технических измерений размещалась в сарае с печным отоплением, а первая лаборатория сварки – в кладовой школьного здания. После начала реэвакуации заводов и учреждений вуз разместился в трёхэтажном здании магазина на улице Спартака – сейчас там находится магазин «Детский мир». Первоначально в составе института было всего два факультета – механико-технологический и танковый. В 1943 г. решено было создать Челябинский механико-машиностроительный институт в помещениях, занимаемых Сталинградским механическим институтом. В 1951 г. институт был реорганизован в Челябинский политехнический институт (ЧПИ).
К 1960 г. Челябинск становится одним из крупнейших образовательных центров Советского Союза. К этому времени здесь обучается уже более 15 тысяч студентов изо всех союзных республик.
После войны Челябинск не утратил промышленного и транспортного значения для страны: город стал одним из ведущих поставщиков оборудования, кадров и техники для восстанавливаемых после войны городов и предприятий. Кривая численности населения уверенно ползет вверх. К 1959 г. население достигает 689 тысяч человек.
Эпоха Брежневского «застоя» и наступивший после нее экономический кризис времен Горбачева не нанесли Челябинску серьезного вреда, продолжается прирост населения, рост городского ВВП и активное строительство.
«Величайшая геополитическая катастрофа XX века», она же распад Советского союза, ударила по всей территории бывшего союза. Ударила она и по Челябинску. Поступательное развитие Челябинска в 1991 г. замораживается на целое десятилетие. Несмотря на это, и в 90-е гг., и в современной России Челябинск не утратил значимости как важнейший транспортный и производственный центр страны, который обладает богатой и славной историей.