В начале 20 в. были созданы социал-демократические комитеты (в 1902 – в Перми: в 1903 – в Уфе, Среднеуральский – в Екатеринбурге). В 1904 на конференции в Нижнем Тагиле был создан Уральский областной комитет РСДРП. Рабочие У. активно участвовали в Революции 1905–07, большевиками руководили Я. М. Свердлов и Артем (Ф. А. Сергеев), 1-я мировая война 1914–18 тяжело отразилась на народном хозяйстве как всей России, так и У. После некоторого оживления военного производства к концу 1916 на У. начался промышленный кризис, сопровождавшийся нехваткой топлива, разрухой на транспорте, сокращением с.-х. производства и ухудшением положения трудящихся. После Февральской революции 1917 на У. повсеместно были созданы Советы. Большевики вышли из подполья, росла их численность (827 чел. к началу марта, свыше 10 тыс. – в апреле). В апреле 1917 в Екатеринбурге состоялась 1-я Уральская (свободная) конференция РСДРП (б), которой руководил Свердлов.
У. в период Октябрьской революции и Гражданской войны (1917–19), в годы социалистического строительства (1920–41) и в период Великой Отечественной войны 1941–45. Сов. власть на У. была установлена в основном в октябре – декабре 1917: 26 октября (8 ноября) – в Екатеринбурге и Уфе, 27 октября (9 ноября) – в Ижевске и многих др. городах, 23 ноября (6 декабря) – в Перми. В ряде мест из-за сопротивления контрреволюции и предательской тактики меньшевиков и эсеров борьба за Сов. власть продолжалась ещё в начале 1918 (Соликамск, Чердынь, Воткинск, Златоуст и др.). В Оренбурге Сов. власть была установлена после разгрома Дутова мятежа 18 (31) января 1918. В мае начался чехословацкого корпуса мятеж 1918 , захвативший и часть У. Летом произошли местные контрреволюционные мятежи – Ижевско-Воткинский и др. (см. Ижевско-Воткинская операция 1918 ). С ноября 1918 на У. установился контрреволюционный режим – колчаковщина . В мае 1919 сов. войска перешли в наступление (см. Пермские операции 1918–19 и Златоустовская операция 1919 ) и к осени в основном освободили территорию У. В марте 1919 была образована Башк. АССР, в ноябре 1920 – Вотская АО (с 1934 – Удмуртская АССР), в 1923 – Уральская обл., в составе которой в 1925 был создан Коми-Пермяцкий национальный округ.
После окончания на У. Гражданской войны началось восстановление народного хозяйства. В 1920/21 объём промышленной продукции У. составлял 12% от уровня 1913, в 1925/26 – уже 93%. В годы 1-й и 2-й пятилеток на У. было построено много новых крупных промышленных предприятий; среди них гиганты индустрии Магнитогорский металлургический (1932) и Березниковский химический (1932) комбинаты; Уральский завод тяжёлого машиностроения в Свердловске (1933), Челябинский тракторный (1933) и Соликамский калийный (1934) заводы, Краснокамский целлюлозно-бумажный комбинат (1936) и др. Создавался Урало-Кузнецкий комбинат. В 1929 в Прикамье была обнаружена нефть, в 1932 началась её добыча в Башкирии. Валовая продукция крупной промышленности У. в 1937 по сравнению с 1913 выросла почти в 7 раз. В 3-й пятилетке вступили в строй Новотагильский металлургический, Уральский алюминиевый, Уральский вагоностроительный и др. заводы.
В период Великой Отечественной войны 1941–45 У. стал основным арсеналом страны и важнейшей базой размещения промышленных предприятий, эвакуированных из западных районов СССР. За первые 5 месяцев войны на У. было переведено 667 предприятий. К концу 1941 У. давал 62% чугуна, около 50% стали и проката всего производства в СССР. В 1943 валовая продукция заводов У. превысила уровень 1941 в 3 раза, производство военной продукции – в 6 раз. В годы войны на долю У. приходилось до 40% всей продукции военной промышленности страны, ежегодный прирост производства составлял 50%. Три завода на У. давали 2 /3 производства танков и самоходных артиллерийских установок. На У. производилось много самолётов, орудий, стрелкового оружия, боеприпасов и т.п. Из трудящихся У. было сформировано несколько дивизий и Уральский добровольческий танковый корпус. Более 800 уральцев стали Героями Советского Союза, 8 человек – дважды. В 1946 промышленность У. была переведена на производство мирной продукции. См. также Уральский экономический район .