Acest stil a prevalat și în arhitectura de la începutul secolului al XX-lea în București, în pofida diverselor curente secesioniste ale vremii. Astfel, fostul Palat al Poștelor, azi Muzeul Național de Istorie a României, construit în anul 1900 după planurile arhitectului Alexandru Săvulescu (1847-1902), are un pridvor masiv de ordin pseudodoric, un parament cu rustica și diverse elemente decorative datorate în parte renașterii, în parte clasicismului. Un concept asemănător a stat la baza fostului Palat al Parlamentului (1907), azi Palatul Patriarhiei, după planurile lui Dimitrie Maimarolu (1859-1926). Clădirea Primăriei Municipiului București, ridicată între anii 1906 și 1910 de Petre Antonescu, ilustrează anumite tendințe retrospective ale începutului de secol, care vizau o renaștere a tradițiilor naționale în arhitectură, mai ales a stilului brâncovenesc. Idealul unei școli de arhitectură neoromânească se face remarcat și în opera lui Ion Mincu, de pildă în „Bufetul de la Șosea” de pe Șoseaua Kisseleff, din 1892. Tradiția arhitecturală moldovenească l-a inspirat pe arhitectul Nicolae Ghica-Budești, de exemplu în Muzeul de etnografie, artă națională, artă decorativă și industrială, azi Muzeul Țăranului Român, construit în etape între anii 1912 și 1939. Stilul neoromânesc nu a putut însă depăși canonul francez, reprezentat în primele decenii ale secolului de Palatul Regal al arhitectului Nicolae Nenciulescu (1932-1937), azi Muzeul Național de Artă al României, o construcție alcătuită dintr-un corp central și două aripi laterale care expunea un nu tocmai riguros neoclasicism, și de Arcul de Triumf, o operă a arhitectului Petre Antonescu (1922 și 1935/36).
În anii '30 își fac apariția primele modernisme ale secolului; astfel, cu Palatul Telefoanelor se ridică pe Calea Victoriei un mic Zgârie-nori de tip american. În anii '50 ai secolului al XX-lea au fost ridicate în centru unele clădiri reprezentative ale noii puteri, de exemplu Casa Scânteii (1956) sau Opera Română (1953). Opera, deși după un proiect stalinist, expune elementele de eclectism tipice pentru sfârșitul secolului al XIX-lea. De asemenea, în primul deceniu al dictaturii comuniste suprafața orașului s-a mărit în mod semnificativ prin construcția de noi cartiere de locuințe, care aveau parțial caracterul de oraș-satelit: Balta Albă, Drumul Taberei, Floreasca, Jiul-Pajura, Berenci, Calea Griviței. În primii ani ai lui Ceaușescu arhitectura s-a putut elibera în mare măsură de canonul stalinist.
Între 1968 și 1970 a fost edificat Hotelul Intercontinental, până în 2004 cea mai înaltă construcție-turn din România, și tot în 1970 a fost terminată noua clădire a Teatrului Național, a cărei modernism a fost ulterior denaturat, la ordinul lui Ceaușescu, prin fațade cu arcade. Epoca lui Nicolae Ceaușescu a adus cu sine schimbări grave în structura urbanistică a capitalei. Construirea unui nou palat prezidențial și a Bulevardului Victoriei Socialismului s-a făcut cu prețul distrugerii vechilor cartiere Uranus, Izvor, Rahova și Antim. Foarte contestată în noul ansamblu este Casa Poporului a arhitectei Anca Petrescu, azi sediu al Parlamentului României. Lucrările la acest edificiu megaloman, care se întinde pe o suprafață de 350 000 m², au început în anul 1984. Construcției i se impută lipsa de unitate stilistică și proporțiile care ignoră modelul clasicist după care se orientează de fapt.