1815 wurde Lübeck durch den Wiener Kongress wieder ein souveräner Staat. Jahrzehntelange Streitigkeiten mit Dänemark um die Verkehrswege Lübecks durch die dänischen Territorien (Schleswig, Holstein und das Herzogtum Lauenburg), die die Stadt umgaben, schlossen sich an. Die Schuldenlast, die seit der Franzosenzeit auf der Stadt lastete, war ungeheuer. Doch einem Aufschwung standen nicht nur der Ostseehandel der wirtschaftlich überlegenen Nordseestädte entgegen, sondern auch an der Ostsee war Konkurrenz entstanden: Preußen förderte Stettin, Danzig und Königsberg, Dänemark das zu seinem Hoheitsgebiet zählende Kiel. Da Russland und Schweden jedoch Lübeck unterstützten, konnten die Kaufleute langsam wieder Fuß fassen. Und die Hansestadt genoss nach wie vor ein hohes Ansehen. 1820 wählten die letzten nach dem Wiener Kongress verbliebenen freien Städte (Hamburg, Lübeck, Bremen, Frankfurt) Lübeck als Sitz ihres Appellationsgerichtes.
Das Revolutionsjahr 1848 brachte schließlich auch in Lübeck Verfassungsänderungen mit sich: Erstmals wurden alle Bürger (allerdings nicht die Einwohner) durch die Wahl eines Parlaments am Stadtregiment beteiligt. Auch Juden waren nun zum Bürgerrecht zugelassen. 1866 wurde Lübeck Mitglied des Norddeutschen Bundes, 1871 Bundesstaat des neu entstandenen Deutschen Reiches.
Lübeck hatte zunächst Schwierigkeiten, Anschluss an das moderne Verkehrssystem zu bekommen. Zwar wurde eine Straße nach Hamburg, dem Handelszentrum im Norden, gebaut. Allerdings erhoben die Dänen, denen das zwischen den Städten gelegene Holstein gehörte, hohe Zölle und weigerten sich lange, der Stadt den Zugang zum entstehenden Eisenbahnnetz zu gestatten. Diese Anbindung wurde durch die Lübeck-Büchener-Eisenbahn-Gesellschaft geschaffen, welche 1851 über Büchen den Anschluss an die Strecke Hamburg-Berlin fertiggestellt hatte. Die direkte Verbindung nach Hamburg folgte 1865, nach Mecklenburg 1870 und Kiel 1873. Für den Bau der ersten Eisenbahn wurde ab 1850 die Wallanlage im Westen der Stadt abgetragen. Im Zuge dieser Baumaßnahmen wäre es beinahe zum Abriss des Holstentors gekommen. Das äußere Tor hatte man bereits abgetragen und das (innere) Holstentor war stark reparaturbedürftig. Nach langen Diskussionen fiel 1863 schließlich die Entscheidung der Bürgerschaft, das Holstentor zu erhalten - mit nur einer Stimme Mehrheit!
Das Stadtbild begann sich zu wandeln. 1864 wurde die Torsperre endgültig aufgehoben und Lübeck wuchs über die Altstadtinsel hinaus, bildete die ersten Vorstädte. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurde die Trave mehrmals vertieft und begradigt, 1886-1893 wurde besonders viel in den Ausbau des Hafens investiert.
Gleichzeitig trieb man die Industrialisierung der Stadt voran. Einen Nachteil erlitt man durch die Eröffnung des Nord-Ostsee-Kanals 1895 in Kiel, der Schiffsverkehr von Lübeck weglenkte. Allerdings konnte die Eröffnung des Elbe-Lübeck-Kanals 1900 die entstandenen Handelsnachteile lindern.
Erst in Folge dieser Modernisierungen wurde die Landbrücke im Norden der Stadt durchstoßen und die Altstadt somit eine Insel. 1906 wurde das Hochhofenwerk in Herrenwyk gegründet (stillgelegt 1991). 1911 erhielt Lübeck den Status einer Großstadt und nach dem Ersten Weltkrieg und dem Ende des Kaiserreichs eine demokratische Verfassung (1920), die zum ersten Mal in der Lübecker Geschichte auch die Frauen berücksichtigt, aber nicht lange Bestand haben sollte. Die Machtergreifung der Nationalsozialisten im Jahr 1933 wurde von vielen Lübeckern begrüßt, doch für viele andere begann damit eine Schreckensherrschaft, die in einer Katastrophe endete. In den Jahren nach dem Ersten Weltkrieg, der Weimarer Republik, hatten sich viele Lübecker für die Sozialdemokratie engagiert. Sie und die Anhänger der Kommunistischen Partei wurden jetzt zur Zielscheibe des Unrechtsregimes. Sofort nach der Machtergreifung wurde der Lübecker SPD-Reichstagsabgeordnete Dr. Julius Leber inhaftiert und zu zwanzig Monaten Haft verurteilt. Von den Widerstandskämpfern des 20. Juli war er – nach erfolgreichem Umsturz – als Reichsinnenminister vorgesehen und wurde – auch aus diesem Grund – hingerichtet.
Die katholischen Kapläne Johannes Prassek, Herrmann Lange und Eduard Müller (Seligsprechung am 25. Juni 2011) sowie der lutherische Pastor Karl Friedrich Stellbrink wurden vom Volksgerichtshof wegen Wehrkraftzersetzung zum Tode verurteilt und am 10. November 1943 in Hamburg hingerichtet. Die Angehörigen der jüdischen Gemeinde Lübecks, die 1933 noch 497 Menschen umfasste, wurden systematisch verfolgt und drangsaliert; die letzten Lübecker Juden wurden im April und Juli 1942 und im Februar 1943 ins Konzentrationslager Theresienstadt deportiert. Eine Inschrift am Zeughaus unweit des Domes, in dessen Keller die Geheime Staatspolizei (Gestapo) ihre Folterräume und Haftzellen eingerichtet hatte, erinnert an die NS-Schreckensjahre und die Leiden all derjenigen Lübecker, die mit staatlichem Auftrag wegen ihrer politischen oder religiösen Überzeugung oder aus rassistischen Motiven gnadenlos verfolgt, ins Elend gestürzt und umgebracht wurden.
1937 wurde Lübeck ohne Mitwirken der städtischen Organe in die preußische Provinz Schleswig-Holstein eingegliedert: Seine staatliche Selbständigkeit wurde durch das „Gesetz über Groß-Hamburg und andere Gebietsbereinigungen“ (kurz "Groß-Hamburg-Gesetz") aufgehoben. Gleichzeitig wurde das einstige Fürstbistum Lübeck aufgehoben und in die Landkreise Eutin und Oldenburg eingegliedert.
Der Zweite Weltkrieg traf Lübeck mitten ins Herz. Große Teile der Altstadt wurden am Palmsonntag 1942 durch einen englischen Bombenangriff zerstört. Auch St. Marien, St. Petri und der Dom erlitten schwere Schäden.
Dass es in der Endphase des Krieges nicht zu weiteren Bombenangriffen und damit zu einer völligen Zerstörung der Stadt kam, ist dem Schweizer Staatsmann Carl Jacob Burckhardt (1891-1974) und dem Hamburger Bankier Eric Warburg (1900-1990) zu verdanken. Aufgrund ihrer diplomatischen Tätigkeit wurde Lübeck im Jahr 1944 Umschlagplatz für Rot-Kreuz-Transporte von Hilfsgütern für britische Kriegsgefangene in Deutschland. Dadurch blieb die Altstadt von Lübeck von weiteren Bombenangriffen verschont.
Am 2. Mai 1945 marschierten britische Truppen, ohne auf Gegenwehr zu stoßen, in die Stadt ein. Ein eigener Stadtstaat wie Hamburg und Bremen wurde Lübeck trotz diverser Versuche nicht mehr. Es gehört seither zum Land Schleswig-Holstein.
