В посаде Мелекесс советская власть была установлена в ноябре 1917 года.
В 1918 году в Мелекесс эвакуируется ревком Самарской губернии, во главе с Куйбышевым. В июле того же года город захватывают белочешские антибольшевистские войска, однако уже в октябре пятая Красная Армия освобождает город.
В январе 1919 года произошла попытка переименовать Мелекесс в Люксембург – в честь погибшей Розы Люксембург. Но уже в апреле городу было возвращено старое название. В это же время происходит образование Мелекесского уезда. Посад Мелекесс официально становится городом.
Многие горожане мобилизованы в Красную Армию для борьбы с Колчаком. Во время голода 1921 года, свирепствовавшего в Поволжье, в Мелекессе погибло более 1000 человек.
В мае 1928 года Мелекесский уезд переименовывается в Мелекесский район. С этого времени наблюдается рост экономики города и численности его населения. В 1939 году в Мелекессе проживает уже более 32 000 жителей, в городе действует 15 школ, два техникума и пединститут.
Во время ВОВ жители района активно работали на оборонных предприятиях. Многие мелекесцы побывали на фронте.
В 1972 году Мелекесс, в котором к тому времени жило уже более ста тысяч человек, переименовывается в Димитровград, в честь болгарского коммуниста Димитрова.