明治17年（1884）、野蒜築港事業は台風の被害により頓挫しますが、明治20年（1887）に貞山運河の全面的な改修が完了しました。

ここのような情勢の中、明治18年（1885）日本鉄道会社は、奥州線（東北本線の前身）郡山－仙台間の工事にあたり、中止となっていた野蒜－仙台－福島間の測量を、塩釜－仙台－福島間に変更して開始することとなります。これは、失敗に終わった野蒜築港の代わりに、塩竈港が脚光を浴びたことによるものでした。その後、仙台－福島間の鉄道工事は明治19年（1886）に「塩釜」から開始され、資材運搬線が仙台へ向けて建設されていきました。これが宮城県最初の鉄道であり、後の塩釜線です。

近代化の波は押し寄せつつありましたが、 明治になっても市内は江戸時代と変わらず仙台近郊の農村地帯でした。
この様相を一変させたのが、第二次世界大戦時に設置された多賀城海軍工廠で、その範囲は市面積の4分の1に及ぶ広大なものでした。なお、海軍工廠の建設は、航空機用機銃とその弾薬を作ることを目的に、昭和17年（1942）7月1日から開始され、昭和18年10月1日に開庁しました。
戦後は一時米軍の管理下に置かれますが、接収解除後は工場地帯や陸上自衛隊多賀城駐屯地として現在に至っています。駐屯地内には海軍工廠時の建物や土塁等の一部が現存しています。

自治体としての多賀城は明治の初めには新田、山王、南宮、高橋、市川、浮島、高崎、留ヶ谷、田中、八幡、下馬、笠神、大代の13ヶ村でしたが、明治22年市制・町村制が施行されると多賀城村になりました。戦後、市町村合併促進策によって全国的に多くの市町村が合併し村の名が激減しましたが、多賀城市は行政区域に大きな変更がないまま昭和26年には町制、昭和46年には市制を施行して今日に至っています。