1911年辛亥革命后，撤销广州府。广州在未独立建制前，称为“省城”，分属原广州府辖下的南海和番禺两县。1918年10月，成立广州市市政公所；民国十年(1921年)2月，广州市市政厅成立，直属广东省，是广州正式称“市”的开始，广州仍为广东省会。此时，广州城区从两县划出。至1949年10月，市区人口115.70万人。

民国初期，广东军政府成立以后，废除清代省、府、县三级建制，将地方行政区划改为省、县二级，在省与县之间分区设置11个绥靖处，绥靖处长官称督办。1914年，袁世凯为分散地方军阀权力，在实行地方军政、民政分治的同时，5月颁布《省官制》和《道员制》，省官制即将民政长官改为巡按使，巡按使管理广东省民政各官。道员制即在省与县之间增设道一级行政机构，形成省、道、县制。广东分设粤海、岭南、潮循、高雷、琼崖、钦廉等6道。粤海道道治设在番禺（今广州），辖番禺、南海、顺德、东莞、从化、龙门、台山、增城、中山、新会、三水、清远、宝安、花都、佛冈、赤溪、高要、四会、新兴、高明、广宁、开平、鹤山、德庆、封川、开建、恩平、罗定、云浮、郁南共30个县(州、厅)。

1918年10月，广州市市政公所在育贤坊禺山关帝庙成立。不久又迁到惠福路大佛寺内办公。按《广州市市政公所章程》规定：“本公所管理广州市交通、卫生、经界、登录及其他关于市政一切事务。”当时广州城在行政区划上仍由南海和番禺两县分管，而市政公所行使的权力仅为“市政一切事务”，以拆城墙、开马路等为主要管理工作，市政公所为省派出专门办理广州市政的机构。此为广州市市政管理的萌芽。

1921年2月，广州市市政厅成立，迁址南堤。时任广东省省长陈炯明正式任命广州市首任市长及六局局长，训令“市长办公机关为广州市市政厅”并“以市政厅名义统辖六局”。以当时广东省警察处“警察区划”为管治依据，划定40个警区范围，即：东至梅花村、寺贝底，西至增步、黄沙，南至河南小港、芳村，北至越秀山、流花桥；并以此为市政管理与配置公共资源的空间依据。1923年，广州市通过《开展拓展市区案》，正式确认上述管治范围为广州市区范围。孙科曾三任广州市长。他致力于广州城市建设，不仅推进完成拆城筑路工程，同时将公共设施、城市卫生、教育、治安等纳入了城市统一规划的轨道。

1925年7月，广州国民政府成立。7月3日，改广东省长公署为省政府，采用委员制。7月4日，改组广州市市政府，成立市政委员会。这时的“广州市市政府”是广州市的政权机关，包括了最高权力机关“市政委员会”及“市政会议”和行政执行机构“市政厅”。

1929年10月，广州改为国民政府直接管辖的特别市。次年8月国民政府公布实施《市组织法》后，广州又改为广东省辖市。此后，陈济棠主粤，以广州为中心，加强了对全省的政治、经济、军事、文化建设。围绕陈济棠《广东省三年施政计划》，广州于1932年8月公布了《广州市城市设计概要草案》。这是广州城市规划史上第一部规划设计文件。在规划的指导下，广州城的市政建设加快推进，并向城市外围拓展工业区。当时的广州城市建设走在了全国前列，被称为“模范之广州城”。建起了西村工业区和河南工业区等一批现代工业企业；市区修筑了总长达36公里的马路，架设了横跨珠江贯通市区南北的海珠桥；建成了公路、海运、铁路、航空立体交通网络；兴办了众多戏院、旅馆、茶楼和商店，形成了惠爱中（西）路(今中山五、六路)，上九路、下九路和西濠口、长堤等三大繁华商业区，还增设了不少商业网点；创办和扩大了一批高、中等教育学校；涌现了中山纪念堂、市府合署办公大楼、中山图书馆、陆军总医院、爱群大厦和中山大学石牌新校舍等一批新颖、壮观的建筑，在广东乃至全国近代建筑史上有着重要的地位。

1937年7月抗日战争爆发，1938年10月广州沦陷，日军对广州市进行了长达14个月的狂轰滥炸，广州城受到严重破坏，城市建设陷于停顿。抗日战争胜利后，内战连年，经济凋敝，广州城市发展陷入了停滞时期。