Die Rote Armee marschierte am 17. Januar 1945 in eine Ruinenstadt ohne Einwohner ein. Die befreite Bevölkerung kam zum großen Teil nach Warschau zurück. Den Soldaten der Heimatarmee blieb jedoch eine Rückkehr verwehrt. Viele mussten emigrieren. Die Stadtverwaltung wurde von der sich bildenden kommunistischen Partei eingesetzt. Bald wurde der Beschluss gefasst, Warschau detailgetreu wieder aufzubauen. 1945 wurde ein Fonds für den Wiederaufbau Warschaus gegründet. Bereits im Februar 1945 nahm eine Kommission unter der Leitung von Roman Piotrowski die ersten Rekonstruktionsarbeiten auf. Die Altstadt, die Neustadt und die Krakauer Vorstadt wurden ab 1946 bis 1953 in einer als Meisterleistung gewürdigten historischen Rekonstruktion wieder aufgebaut und dafür als Weltkulturerbe der UNESCO ausgezeichnet. Die Aufbauarbeiten stellen bis heute weltweit die größte geplante Rekonstruktion einer Bebauung dar. Gleichzeitig wurde auch die Bebauung der Straßenzüge Ulica Miodowa, Ulica Długa und Ulica Senatorska sowie der Plätze Plac Teatralny i Plac Bankowy rekonstruiert. Die Arbeiten orientierten sich dabei zu einem großen Teil an Gemälden des italienischen Malers Bernardo Bellotto (Canaletto), der im 18. Jahrhundert viele Stadtpanoramen Warschaus geschaffen hatte. 1947–1949 wurde unter Teilen der Altstadt der Tunnel der "Ost-West-Arterie" gebaut. 1971 entstand ein Komitee zum Wiederaufbau des Warschauer Königsschlosses unter der Leitung von Stanisław Lorentz. Der Wiederaufbau des Schlosses wurde in den 1970er und 1980er Jahren durchgeführt. Der Wiederaufbau Warschaus dauert auch heute noch an. In den nächsten Jahrzehnten sollen die Königsgärten rekonstruiert werden und der Brühl'sche und Sächsische Palast wiedererrichtet werden. Gleichwohl werden die allermeisten Gebäude des alten Warschaus nicht mehr neu entstehen können. Die heutigen Straßenzüge verlaufen weitgehend anders als vor 1939. Die reiche Sezessionsarchitektur der Ulica Marschałkowska und der Jerusalemer Alleen ist unwiederbringlich verloren. Mehrere Stadtteile entstanden im realsozialistischen Stil. Von 1952–1955 wurde der Warschauer Kulturpalast errichtet, das damals zweithöchste Gebäude Europas. Daneben wurden die Stadtviertel Marienstadt und MDM im realsozialistischen Stil (wieder)errichtet. Die Blütezeit dieser Stilrichtung in Polen datiert auf die Jahre von 1949 bis 1955 und verschmolz in ihrer Warschauer Abwandlung mit der polnischen Architektur der 1930er Jahre, die wiederum stark von dem Warschauer Klassizismus beeinflusst war. Lange Zeit verschmäht wird die Architektur des Sozrealismus in jüngster Zeit allmählich wiederentdeckt. Stadtansichten dieses Stils malte u.a. Helena Krajewska.
1955 wurde in Warschau der Warschauer Pakt unter dem Diktat der Sowjetunion geschlossen. Im selben Jahr fand hier das Weltjugendfestival statt. Als Reaktion auf den Polnischen Oktober 1956 wurde Władysław Gomułka zum Ersten Parteisekretär ernannt; die Zeit des Stalinismus ging zu Ende. Gomułka hielt im selben Jahr am Defiladenplatz eine Rede vor über einer Million Menschen, die den ersehnten Umbruch einleuten sollte. Im März 1968 kam es zu einer Studentenrevolte, die von dem Verbot der Aufführung des Theaterstücks Ahnenfeier von Adam Mickiewicz in Warschau ausgelöst wurde. Dies war der Beginn des Endes der Ära Gomułka, der 1970 von Edward Gierek abgelöst wurde. Neben dem Brief der polnischen Bischöfe an ihre deutschen Amtskollegen 1965 war Willy Brandts Kniefall von Warschau am 7. Dezember 1970 vor dem Mahnmal für den Ghettoaufstand 1943 einer der wichtigsten Eckpfeiler für die deutsch-polnische Aussöhnung. 1976 wurde in Warschau das KOR (Komitee zur Verteidigung der Arbeiter) gegründet, aus dem später die Gewerkschaft Solidarność hervorgehen sollte, die am 10. November 1980 beim Wojewodschaftsgericht in Warschau registriert wurde. Entscheidende Bedeutung für den Untergang des Kommunismus hatte der Papstbesuch Johannes Paul II. am 2. Juni 1979 in Warschau, der mitursächlich für die Gründung der ersten unabhängigen Gewerkschaft im Ostblock war, sowie seine Messe vor über einer Million Warschauern auf dem Defiladenplatz im Jahr 1987. Mit der Ausrufung des Kriegsrechts durch General Jaruzelski am 13. Dezember 1981 wurde Warschau von motorisierten Spezialeinheiten mit Panzern und schwerem Kriegsgerät besetzt. Nach der Solidarność-Bewegung in den 1980er Jahren kam es 1988 zu den berühmten Gesprächen am Runden Tisch in Warschau, die im April 1989 zu den ersten freien Wahlen in einem Warschauer Pakt-Staat führen. Die Sejm- und Präsidentenwahlen wurden von der Solidarnosc und Lech Wałęsa gewonnen.