Für fast 500 Jahre wurde sie Sitz des rumelischen Bejlerbej, der alle bulgarischen Territorien verwaltete. Trotzdem verfiel die Stadt allmählich. Als der russische General Gurko (1828-1901) am 4. Januar 1878 in die Stadt als Befreier mit seinen Truppen einzog, hatte sie knapp 20.000 Einwohner, enge, krumme Straßen mit einstöckigen Häusern und war ohne Beleuchtung und Wasserleitung.
Die konstituierende Versammlung in Weliko Tarnowo erklärte Sofia am 22. März 1879 zur Hauptstadt des wiedererstandenen bulgarischen Staates. Seitdem erlebte die Stadt einen erheblichen Aufschwung, viele Industriebetriebe siedelten sich an.
1939 war ihre Einwohnerzahl auf 300.000 angewachsen. Im Zweiten Weltkrieg ist die Stadt wegen der profaschistischen Haltung der Regierung des Landes schweren alliierten Bombenangriffen ausgesetzt gewesen. Am 5. September 1944 erklärte die Sowjetunion Bulgarien den Krieg und besetzte das ganze Land.
Georgi Dimitrow rief am 15. September 1946 in der Stadt die Volksrepublik Bulgarien aus. Nach dem Krieg wurde die Stadt wiederaufgebaut. Zahlreiche öffentliche Gebäude und Wohnkomplexe entstanden. Am 10. November 1989 wurde die kommunistische Regierung in Sofia gestürzt und eine Demokratisierung des Landes eingeleitet.