1920年10月（大正九年），第八任總督田健治郎再次調整行政區，將打狗改制設州，並採用打狗的日語諧音，譯為高雄，「高雄」一名首次正式出現於行政區名上。
1937年，高雄港第二期工程完工之後，配合戰爭的需要，新建煉油廠、造船所、軋鋼廠、硫酸錏廠、肥料廠、造紙廠等，完成高雄初步的重工業化。日本鋁業株式會社、南日本化學工業株式會社等新興重工業集中於高雄市，而岡山的武智鐵工所及中國鐵工所，則是因日本海軍航空器材之需而設立。
這些日治末期的重工業建設，為後來高雄地區奠定了重工業的基礎。不過，在二次世界大戰末期，在美軍軍機的密集空襲下，高雄港受到了嚴重的破壞。
國府接收 高雄港清港重建
1945年，台灣省行政長官公署接管高雄市；12月6日，正式成立高雄市政府；1947年5月，台灣省行政長官公署改制為省政府，高雄市仍為省轄市。1950年台灣地方行政區劃調整，屏東縣從高雄縣中劃出，「高雄」市的行政範圍底定至今。
由於戰爭期間的嚴重破壞，1944~1945年間，美軍轟炸機密集轟炸高雄港52回次、每次2~300架，導致戰後高雄港沉船達178艘。高雄港務局於1945年～1952年間進行清港與碼頭重建的工作。由於清港費用過於龐大，當時政府因而決定高雄港、市分治。
接收日本既有產業而延續下來的製鋁、肥料、水泥、煉油、鋼鐵、機械產業也開始相繼復甦，前鎮港區一帶開始形成高雄特有的工業港市景觀。1958年，政府擬訂高雄港十二年擴建計畫，高雄港臨海工業區也在此時期開闢完成。1962年後，為吸引外資進駐，高雄港開始實施「加工出口區設置條例」，高雄港清港工作也在1964年時漸近尾聲。