Ante la evidencia de la derrota, en 1939 se fractura el bloque republicano, produciéndose en la capital un enfrentamiento armado entre casadistas y anarquistas de una parte, y comunistas de otra, que acelera la terminación de la guerra civil ya en puertas del estallido de la Segunda Guerra Mundial, última esperanza para el gobierno de Negrín de salvar Madrid y la República. El 28 de marzo de 1939 las tropas de Franco, al mando de Espinosa de los Monteros, entran en la ciudad mientras miles de madrileños huyen hacia Levante. Sometido al azote de la aviación y de la artillería, el pueblo madrileño resistió con heroísmo el horror de ser la primera gran ciudad en padecer la guerra moderna.

Franco preside el Desfile de la Victoria. Ese día fue llamado oficialmente «Día de la Victoria» durante muchos años por haberse emitido en él el famoso telegrama de Franco que declaraba el fin de las hostilidades: En el día de hoy, cautivo y desarmado el ejército rojo, han alcanzado las tropas nacionales sus últimos objetivos. La guerra ha terminado. En realidad el gobierno de la República se hallaba ya desde hacía varios días en el exilio, y el telegrama no fue más que una declaración oficial del fin de la guerra.

A pesar de la guerra, Madrid, la capital, continúa su proceso de crecimiento de población que en estas fechas ronda el millón y medio de habitantes. Se ha calculado que llegó a acoger unos 500.000 refugiados, muchos de los cuales fueron posteriormente evacuados a otros puntos de España. (A finales de 1937 las cartillas de racionamiento expedidas en la capital cubrían a más de 800.000 personas.)

Finalizada la guerra, el nuevo gobierno se instala en Madrid, concentrándose el poder político en el Jefe del Estado, el general Franco. El poder municipal queda sometido a la autoridad estatal, finalizando asi su autonomía. Los Alcaldes son nombrados por los gobernadores civiles, jefes provinciales del “Movimiento” que controlan sus decisiones, y en las poblaciones de más de 100.000 habitantes son nombrados directamente por el ministro de la Gobernación. El ayuntamiento queda casi totalmente en manos del alcalde que gobierna al margen del pleno municipal o de la comisión permanente, y nombra a los tenientes de alcalde, a los Concejales Presidentes de las Juntas, quedando de este modo todo el poder en puestos de designación directa.

Madrid se convierte en estos años de dictadura en una de las zonas más industrializadas del país, viviendo durante este periodo el mayor crecimiento económico de toda la historia contemporánea, y consolidándose como capital económica, hecho favorecido por los Planes de Desarrollo y por la acentuación del centralismo. Los primeros años —como en el resto de España— hay importantes restricciones, debido al aislamiento exterior y a la poca productividad agraria, iniciándose lentamente el proceso de reconstrucción económica. Posteriormente el Plan de Estabilización posibilita la entrada de capital extranjero, que aumenta la tecnificación y la productividad. Hay en estos años un enorme desarrollo industrial, que propicia el despegue demográfico. Crece también el sector bancario, que busca nuevos espacios dentro de la ciudad, desplazándose el centro administrativo y económico urbano hacia el Paseo de la Castellana. Hasta los años sesenta el coste de la vida crece desmesuradamente y, aunque hay trabajo, los bajos salarios provocan situaciones de escasez: son años de penuria, marcados por las colas y las cartillas de racionamiento ante las tiendas de abastecimiento.

Comienzan en Cuelgamuros (sierra de Madrid) las obras del monumento a los caídos de ambos bandos en la Guerra Civil española. El monumento, se levantará según proyecto de Pedro Muguruza y Diego Méndez, será decorado con monumentales esculturas obra de Juan de Ávalos y con una cúpula decorada con un mosaico debido al artista barcelonés Santiago Padrós. Más alta que la Giralda de Sevilla (93 m), que la estatua de la Libertad neoyorquina (92 m) e incluso que las pirámides egipcias de Keops (146 m) y de Kefrén (143 m), la cruz del Valle de los Caídos (150 metros desde su propia base) tiene que verse desde Madrid, pese a estar situada a 58 kilómetros de la emblemática Puerta del Sol. Este monumento deberá acoger los despojos mortales del dictador y también los de los soldados del bando nacional muertos en la guerra. Mucho antes que Franco, José Antonio Primo de Rivera, fundador de Falange, tendra el honor de ser inhumado en el descomunal mausoleo.

Finalizada la guerra, se decide transformar Madrid en el símbolo del régimen tratando al mismo tiempo de que se desvinculara de su pasado. Pedro Muguruza y Pedro Bidagor fueron los encargados de hacer los planes iniciales. Uno de los primeros propósitos es la reconstrucción de la zona oeste destruida por la guerra y plagada de búnkeres y trincheras. En 1941 se constituyó la Junta de Reconstrucción, que encargó la redacción del Plan General de Ordenación de Madrid, creando para ello una Oficina Técnica que dirigió Bidagor, y que llevó a cabo el denominado Plan Bidagor (aprobado en 1946), que se encargó de abordar la mayoría de los problemas que afectaban a la capital. Sin embargo no se cumplieron la mayoría de sus propuestas.

Anticipándose a la votación que realizará contra España la AGNU, tres días después, se lleva a cabo, en la fecha, en la Plaza de Oriente de Madrid -que FRANCO utilizaba siempre en estas ocasiones-, una gigantesca manifestación de adhesión al régimen de FRANCO. Es, quizá, la congregación más numerosa de la Historia de España sólo superada treinta y seis años después con ocasión de la visita del Papa.

Entre 1948 y 1954, la ciudad de Madrid se anexiona 13 municipios colindantes, lo que hace que se incorporen más de 300.000 madrileños. Se aprueba el Plan de Ordenación de la Castellana, llevándose a cabo las primeras construcciones de Nuevos Ministerios y el estadio de Chamartín.

El cambio de modelo económico se inicia en 1951 y se concreta en el Plan de Desarrollo que sienta las bases del desarrollo industrial de Madrid y propicia un enorme crecimiento poblacional, debido a las migraciones internas que provoca. La población de la provincia pasa de un millón y medio en 1940 a casi dos millones de personas en 1950 y a más de dos millones y medio en 1960, y ello debido al cambio de modelo económico, en el que la agricultura cede paso a la industria, lo que junto a la mecanización del campo provoca un importante proceso migratorio del campo a Madrid, sobre todo procedente de las dos Castillas, Andalucía y Extremadura. La consecuencia es la aparición de importantes núcleos chabolistas en la periferia urbana y la explotación de los trabajadores ligada a procesos especulativos. Hay un importante incremento del sector servicios, y se concentran en la capital las funciones administrativas, el control de la información y la toma de decisiones.