Значительные изменения в экономическом развитии города произошли после отмены крепостного права. Количество жителей выросло с 29502 человек (1863) до 53703 (1897). В 1879 г. в Полтаве было 30 промышленных предприятий, на которых работало 869 рабочих. Это были в основном предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции. Действовали также небольшие механические, чугунолитейные, меднолитейный, кузнечные, лесопильные, каретные, селитра, кафельные, спичечные, свечные, мыловаренные предприятия и др. Развития экономики города способствовал перевод в Полтаву из Ромен Ильинского ярмарки (1852-1853) - одного из крупнейших в Российской империи.

Кроме Ильинского, в Полтаве действовали еще 3 ярмарки: Николаевский, Воздвиженский, Всеиднивський. Значительным толчком для развития промышленности в Полтаве стало железнодорожное строительство. В 1870 г. начался железнодорожное движение по линии Харьков - Николаев, связывавшей Полтаву с Москвой, Петербургом, Харьковом, Николаевом, Одессой, Херсоном. В 1871 г. в Полтаве были открыты железнодорожные мастерские и паровозное депо. В 1883 г. состоялся один из первых крупных забастовок на Украине - выступление рабочих Полтавских железнодорожных мастерских. Забастовки полтавских железнодорожников проходили в 1884 и 1891 В 90-х гг +19 в. здесь возникли первые марксистские кружки. Летом 1896 по поручению В. И. Ленина и петербургского «Союза борьбы» в Полтаву приезжала Н. К. Крупская. В 1900 г. в Полтаве создана первая на Украине Южную (Полтавскую) группу содействия «Искре». В 1901 г. в городе возникла социал-демократическая организация. В октябре 1905 г. железнодорожники Полтавы участвовали во Всероссийском забастовки. Во время революции 1905-1907 гг произошли вооруженные выступления военных местного гарнизона (восстание Елецкого и Севского полков в 1906 г. 

По переписи 1910 г. в Полтаве (без окраин и пригородов) насчитывалось с наемными рабочими 49596 жителей, с пригородами и кварталами за городской чертой 55 986 жителей. Перед первой мировой войной в Полтаве действовало 64 небольших предприятия легкой и пищевой промышленности, работало около 2 тыс. рабочих.

Те у кого была установка стальных дверей, ни разу не пожалели об этом во время революции и сопутствующих ей беспорядков, царивших на улицах города.
После Февральской революции 1917 г. 4 - 5 марта в Полтаве создан Совет рабочих депутатов. 12 марта она объединилась с Советом солдатских депутатов, организованной 10 марта. В состав Совета было избранно немало большевиков. Но всю полноту власти в городе сосредоточил в своих руках местный орган Временного правительства - так называемый общественный комитет. 6 января 1918 в Полтаве провозглашена Советская власть. В 1923-1930 гг Полтава - центр Полтавского округа, в 1930-1932 гг - райцентр УССР, в 1932-1937 гг - райцентр Харьковской области, с 1937 г. - центр Полтавской области. По переписи 1926 г. в городе насчитывалось 75,6 тыс. жителей. В то время вблизи Полтавы были предместья: Антоновка, Берекивка, Геривка, Дублянщина, п. Зеньковский, п. за Зиньковским переездом, Ильяшовка (Елья-Лукашевич), Карьер, Климовка, Кривохаткы, Кулики, Лесок, п. Май-ское, Меняйловка, Новостройка, Новоселовка, Островок волостной (Островок), Очеретянка, Рудка (Малая Рудка), Шведский Могила, Шпортивка, Юров-Некрасовка, которые в 1929 включен в состав города. 

В годы восстановления народного хозяйства значительно возросла техническая база паровозоремонтный мастерских и завода «Металл», в 1928-1929 гг начали работать механический и кирпичный заводы, чулочная завод, маслозавод, мясокомбинат. На базе паровозоремонтный мастерских создан паровозоремонтный завод. В 1929-1933 гг в Полтаве вступили в строй масличный, мыловаренный и комбикормовый заводы, полиграфическая и кондитерская фабрики. В 1932 г. на предприятиях города работало 13 тыс. рабочих. Важной строением в годы 2-й пятилетки стала хлопкопрядильная фабрика. Начали работать хлебозавод, реконструировался машиностроительный завод, после консервации вступил в строй кожевенный завод. Полтава превратилась в один из значительных промышленных центров Украины. В 1939 г. в городе работало 67 предприятий союзного, республиканского и областного подчинения.

С развитием промышленности росло количество населения. В 1939 г. в Полтаве насчитывалось 130,3 тыс. жителей. Накануне Великой Отечественной войны в городе насчитывалось 7 поликлиник, 21 медпункт на предприятиях, 3 амбулатории, 2 диспансеры, зубоврачебных амбулатория и 13 зубоврачебных кабинетов, 4 детских и женских консультации, дом санитарной культуры. Работали 2 научно-исследовательские институты: свиноводства и кормов. Среди учебных заведений было 5 институтов, 8 техникумов, более 30 средних и неполных средних школ. Действовало 35 библиотек (483 тыс. единиц хранения), 11 клубов, 2 музея, 2 театра, 2 кинотеатра. Много внимания уделялось жилищному строительству, коммунальному хозяйству. В 1935 г. киевский институт Дипробуд разработал проект реконструкции Полтавы. В 1937-1940 гг. Сооружен 25 многоэтажных жилых и культурно-бытовых зданий. Среди них - жилой комплекс-квартал хлопкопрядильной фабрики по ул. Пушкина, дома завода «Металл» на Павленках.