Die schwerste Naturkatastrophe in der neueren Geschichte Tokios war das Große Kantō-Erdbeben und Feuer vom 1. September 1923, bei dem ein Großteil der Stadt zerstört wurde. Beim im Jahre 1930 beendeten Wiederaufbau entstanden über 200.000 neue Gebäude, darunter viele nach westlichem Muster, sowie sieben Stahlbetonbrücken über den Fluss Sumida und einige Parks.
Im Zweiten Weltkrieg begannen die Vereinigten Staaten am 24. November 1944 mit der Bombardierung Tokios, und auch am 25. Februar und am 9. März 1945 flogen amerikanische Bomber schwere Luftangriffe. Ganze Stadtteile mit in traditioneller Holzbauweise errichteten Gebäuden wurden ein Raub der Flammen, über 100.000 Menschen starben. Auch der historische Kaiserpalast wurde vernichtet.
Während der alliierten Besetzung Japans war Tokio von September 1945 bis April 1952 von amerikanischen Truppen besetzt. Danach erlebte die Stadt eine Phase raschen Wachstums.
Vom 10. Oktober bis 24. Oktober 1964 fanden in Tokio die XVIII. Olympischen Sommerspiele statt.
Am 20. März 1995 verübten Mitglieder der Ōmu Shinrikyō (Aum-Sekte) einen Sarin-Anschlag auf die Tokioter U-Bahn. Dabei starben zwölf Menschen, und über 5.500 wurden verletzt.