Во время революции 1917 года Николаев называли «красный Питер Украины». Октябрьская революция, последовавшие за ней годы оккупации англо-французскими войсками и постоянная смена правительств во время гражданской войны привели почти к полной остановке работы на всех предприятиях города. В 1920 году здесь окончательно утвердилась Советская власть.
Молодому государству необходимы были корабли, уже в 1920-е годы в Николаеве было спущено на воду немало транспортных и военных судов.
В 1920-30-е годы строились корабли, постепенно менялся облик города, он вырос в промышленный центр с 40 предприятиями союзного и республиканского значения, стал одним из крупнейших портов страны.
С 1937 году Николаев стал центром созданной Николаевской области.
Во время Великой отечественной войны 5 августа 1941 года над Николаевом появились фашистские бомбардировщики и на судостроительные заводы, электростанции, порт и вокзал были сброшены бомбы, запылали пожары.
16 августа гитлеровские войска захватили Николаев, который почти три года был оккупирован фашистами. Во время оккупации, в Николаеве действовала подпольная диверсионная группа, которая называлась «Николаевским центром».
18 марта 1944 года начались упорные бои за город Николаев, которые длились 10 дней. 28 марта 1944 года город был освобожден воинами Советской армии, во многом благодаря действиям 68 моряков-десантников под командованием Константина Ольшанского. Десантники первыми ворвались в город, захватили небольшой плацдарм и долго удерживали его до прихода основных советских военных частей. Благодаря их героизму, морской порт был спасен от разрушения и облегчена операция по освобождению города. Это был единственный случай в истории Великой Отечественной войны, когда все участники одной боевой операции были удостоены звания «Герой Советского Союза», к сожалению, большинство из них были - посмертно.
В послевоенные годы город Николаев отстроился и стал одним из центров судостроения Советского Союза. В советские времена Николаев был закрытым городом, крупнейшей военной верфью. Именно здесь создавались ракетные крейсеры, тяжелые авианесущие крейсеры и авианосцы. Но также здесь строились китобойные базы, рефрижераторы, траулеры.
Одновременно развивалось строительство турбин, дорожных машин, электронного и электротехнического оборудования, цветная металлургия, парфюмерия, легкая и пищевая промышленности.
В советские годы в Николаеве было построено одно из лучших архитектурных сооружений того периода – величественное, почти дворцовое здание обкома компартии Украины (1949-1955гг), которое удачно вписалось в строгий силуэт флотского города на его центральной площади. На противоположной стороне площади в сквере Десантников был сооружен мемориальный комплекс героев-десантников – Героям Советского Союза.
