1878年（明治11年）、郡区町村編制法により県内に横浜区および久良岐郡・橘樹郡・都筑郡・西多摩郡・南多摩郡・北多摩郡・三浦郡・鎌倉郡・高座郡・大住郡・淘綾郡・足柄上郡・足柄下郡・愛甲郡・津久井郡の15郡が編成された（東京府に再移管された旧多摩郡域は東多摩郡となった）[34]。その後1893年（明治26年）4月1日には、西多摩郡・南多摩郡・北多摩郡が東京府へ再移管されたため[35]、現在の県域が確定する。その後1896年（明治29年）3月26日、郡制の施行に際して大住郡と淘綾郡が統合されて中郡となる。

近代には東京の外港都市となった開港場・横浜を中心に京浜工業地帯が形成され、商業・工業が発展した。

1923年（大正11年）9月1日の関東大震災（関東地震）では、小田原と三浦半島の直下が震源となったことから、大きな被害を受けた。また、当時としては珍しい大規模な都市計画が当時軍都であった相模原市で実施され、現在でも碁盤の目の道路などに名残が残る。

1938年（昭和13年）6月30日に台風接近に伴う豪雨があり死者45人以上、倒壊家屋全壊154戸、半壊208戸、床上浸水13589戸以上、床下浸水20191戸以上[36]。さらに9月1日にも台風接近があり死者4人、家屋全壊468戸、家屋半壊2931戸、床上浸水918戸以上、床下浸水4906戸以上[37]。

東京湾の入口を制する横須賀市に置かれた横須賀港は戦前から日本海軍最大級の軍港であったことから、第二次世界大戦中には、県民生活にも様々な制限が加えられた。例えば1944年（昭和19年）8月5日からは横須賀鎮守府の要請で横浜市の本牧以南から相模川河口東側にかけ、軍事上の理由から海水浴を制限[38]。自由に泳ぐことすらできなくなった。さらに戦況が悪化すると横浜市を始めとする沿海都市が空襲や艦砲射撃を受けるようになり、直接、生命や財産に危険が及ぶこととなった。横須賀・三笠公園の記念艦「三笠」

第二次世界大戦末期には、アメリカ軍の激しい爆撃が市街地や工業地帯に対して行われた。1945年（昭和20年）5月29日の横浜大空襲による3787人も含め、県内の空襲による死者数は6279人を数えた[39]。

第二次世界大戦後も、横須賀市には海上自衛隊自衛艦隊司令部やアメリカ海軍第7艦隊司令部が置かれている。また、相模原市・座間市に広がるキャンプ座間、綾瀬市・大和市に跨る厚木海軍飛行場、相模原市の相模総合補給廠、米軍相模原住宅など、神奈川県には現在沖縄県に次いで多くの米軍関連施設が存在する。