У часи визвольних змагань Київ став центром боротьби українського народу за поновлення та захисту державності. Хоча станом на 1917 рік українці складали меншість населення Києва (близько 16,4%), українська інтелігенція розглядала Київ як центр українського культурного життя.
Після падіння царського режиму у Києві одразу завирувала національна політична діяльність. З ініціативи Товариства українських поступовців 3—7 березня 1917 р. у Києві була створена Українська Центральна Рада, головою якої став Михайло Грушевський, а у квітні Всеукраїнський національний конгрес перетворив УЦР на загальноукраїнську організацію.
Тим часом під впливом російських соціалістичних партій у березні 1917 р. в Києві виникли організації класового типу — Київська рада робітничих депутатів і Київська рада солдатських депутатів, які на заклик В.Леніна вони почали утворювати збройні формування бойовиків — Червону гвардію. З проголошенням 7 (20) листопада 1917 року III Універсалу Київ стає столицею Української народної республіки. Проте вже у січні 1918 року Київ стає ареною збройної боротьби між українськими та більшовицькими військами.
16 (29) січня вибухнуло збройне повстання робітників заводу «Арсенал». Лише 22 січня (4 лютого) повстання вдалося придушити силами Галицько-Буковинського куреню січових стрільців під керуванням Євгена Коновальця та Гайдамацького кошу Слобідської України під командуванням Симона Петлюри. Проте вже 26 січня (8 лютого) Києвом оволоділи загони Муравйова, вчинили криваву різанину. Проте, за умовами Берестейського миру, укладеного 27 січня (9 лютого) Центральна Рада могла розраховувати на військову підтримку країн Центральних держав, яка врешті змусила більшовицькі війська залишити Київ 1 березня.
29 квітня 1918 р., заручившись підтримкою німецьких військових властей, Павло Скоропадський вчинив державний переворот і усунув УЦР від влади, від цього моменту і до 14 грудня 1918 року Київ стає центром Української Держави. Після остаточної поразки Центральних держав у війні з Антантою, владу Скоропадського було повалено опозиційними до гетьмана українськими силами, і до 14 лютого 1919 у Києві базується Директорія УНР.
Проте з одностороннім скасуванням Берестейського миру і поновленням Українсько-більшовицької війни, у лютому 1918 Київ було взято радянськими військами, Київ стає столицею УСРР. У березні 1919 р. Раднарком УСРР, ВУЦВК і ЦК КП(б)У переїхали з Харкова до Києва. В цей період у Києві споруджуються тимчасові монументи радянського змісту та зносяться пам’ятники «царям та їхнім прислужникам». Разом з тим репресивні органи більшовиків жорстоко переслідували справжніх та уявних опозиціонерів, у їх катівнях загинули видатні постаті української історії, серед них — Володимир Науменко та ін.
30 серпня 1919 р. Київ було відвойовано об’єднанням Української галицької армії та армії УНР, проте вже наступного дня, 31 серпня 1919 Київ був взятий білогвардійськими військами, очолюваними Денікіним. Влада білогвардійців ознаменувалася численними розстрілами, жертвами яких стали члени більшовицького, і, особливо, боротьбистського підпілля, серед яких — колишній нарком освіти УСРР Гнат Михайличенко, поет Василь Чумак, а також єврейськими погромами.
Після поразки денікінців під Москвою, вже у грудні 1919 року Київ був відвойований більшовицькими військами. Проте столицею радянською України було обрано пролетарський Харків, а Київ залишився губернським центром.
За умов радянсько-польського протистояння, Симон Петлюра та Юзеф Пілсудський уклали союзний договір та розпочали контрнаступ проти більшовиків. 7 травня 1920 року Київ був відвойований союзними силами підрозділів армії УНР та польської армії.
Втім, за чисельністю збройних сил Польща значно поступалася радянській Росії, і вже у червні 1920 року Київ знову, вже остаточно, був узятий більшовиками. Роки тривалої війни призвели до занепаду міського господарства, розірвання економічними взаємин, а багато киян — промисловців і підприємців, діячів науки, культури, мистецтва — опинились в еміграції.