С начала ХХ в. слухи о революционных беспорядках в России дошли до Бухары. В 1920 г. элементы недовольства городских низов при их мощной поддержке советской Красной Армией привели к захвату Бухары красноармейцами и свержению власти бухарского амира (который в своей политике опирался на Великобританию, рассчитывал на расширение и упрочение ее влияния в Средней Азии, что противоречило интересам советской России. Жестокая Бухарская операция была проведена в августе – сентябре 1920 г. силами Туркестанского фронта во главе с М.В. Фрунзе (см. о нем в 1.3). Красноармейцы захватили Бухару благодаря широкому использованию передовой по тем временам техники: 5 бронепоездов, 10 бронеавтомашин, 12 самолетов (а у бухарского эмира были только 23 орудия и 16 пулеметов). Из-за военных действий в Бухаре были разрушены многие исторические строения. Так, Новый Арк (крепость, цитадель) столь сильно пострадала во время штурма Красной Армией в 1920 г., что почти 70 % ее территории превратились в развалины и пустырь из-за массированного артиллерийского обстрела и авиационной бомбардировки. Говорили, что М.В. Фрунзе и его семья расплачивались за это: в 1925 г., похоже, он был умерщвлен во время медицинской операции, его вдова покончила с собой, его сын погиб в 1942 г.

В 1920 г. последнего амира Бухары Алим-хана свергли с престола, он находился на территории Восточной Бухары, безрезультатно пытался вернуть трон. После осознания полного поражения от Красной Армии он бежал в Афганистан, в 1921 г. прибыл в Кабул, где прожил 23 года и умер.

Бухара стала столицей образованной и формально независимой Бухарской народной советской республики с октября 1920 г., которая была преобразована в Бухарскую Социалистическую Советскую Республику в 1924 г.

По национально-государственному размежеванию в 1924 г. была образована Узбекская Советская Социалистическая Республика, в ее состав вошла, наряду с другими узбекскими территориями, и Бухарская республика. Бухара стала центром Зеравшанского округа, а с 1938 г. является административным центром Бухарской области.

Весной 1976 г. в Бухаре произошло землетрясение, очень многие дома и инженерно-транспортные коммуникации были разрушены или повреждены. Но все разрушения были устранены.

Современная Бухара – это город с развитым хозяйством и мирового класса памятниками истории и архитектуры. В Бухаре развиты многочисленные отрасли промышленности: легкая (каракулевый и хлопкоочистительный заводы, хлопчатобумажный комбинат, швейное объединение и др.), пищевкусовая промышленность. Именно в советский период в Бухаре были созданы единственный тогда в Узбекистане каракулевый завод, а также ремонтный, хлопкоочистительный, маслобойные заводы, швейная, гренажная фабрики и завод по производству холодильников. Бухара – центр старинных художественных промыслов: золотошвейного, шелкоткацкого, резьбы по дереву, чеканки по металлу и др. Изделия искусных бухарских мастеров – художественные панно, пояса, женская одежда, тюбетейки, сумочки – пользуются широкой известностью не только в самом Узбекистане, но и далеко за его пределами. Есть несколько вузов, театров, разнообразные музеи (историко-краеведческий, чеканки по металлу, художественной керамики и др.).