После Октябрьских событий 1917 года в Полтаве были сильны пробольшевистски и прорусски настроенные члены Полтавского Совета рабочих и солдатских депутатов, но 17 декабря 1917 года войска Центральной Рады разогнали Полтавский Совет. Вскоре город был захвачен Красной гвардией, затем был оккупирован немцами.
27 ноября 1918 года отряды вооруженных большевиков вошли в город, но спустя два дня были выбиты украинскими национальными войсками.
В этот период был открыт Полтавский университет с историко-филологическим, правовым и медицинским факультетами, был основан архив Полтавской губернии.
После гражданской войны, которую выиграли российские большевики, Полтава вошла в состав Украинской СССР.
В 1930-е годы в истории Полтавы постепенно началась индустриализация, а в 1935 году началась реконструкция города.
В 1926 году в Полтаве был открыт памятник Т.Г.Шевченко, в 1928 году – открыт литературный мемориальный музей, посвященный писателю В.Короленко, а в 1934 году – открыт памятник Н.Гоголю.
22 сентября 1937 года была образована Полтавская область, а город Полтава стал областным городом.
В 1939 году в Полтаве проживало около 130 тысяч человек, 42 тысячи рабочих работали на 83 промышленных предприятиях, объем которых в 20 раз превышал дореволюционный уровень.
Во время Великой Отечественной войны Полтава была занята немецкими фашистами и стала штабным центром группы армий «Юг», которую посетил Гитлер. Оккупация города фашистами превратила значительную часть достижений Полтавы в руины, практически весь город был разрушен.
23 сентября 1943 года Полтава была освобождена от немецких врагов.
Послевоенное восстановление Полтавы происходило в 1950-е годы, позднее началась газификация города, появилось телевидение.
Символам воскрешенной духовности Полтавы из руин стал новый, построенный в 1958 году, театр им. Н.Гоголя.
В 1962 году на улицах Полтавы появились первые троллейбусы, а в 1964 году был восстановлен из руин уникальный Краеведческий музей.
К началу 1990-х годов Полтава была развитым культурно-экономическим центром с населением 315 тысяч жителей.
