Однако судьба города изменилась в начале XX века, после Русско-японской войны 1904–1905 годов. Согласно Портсмутскому мирному договору, южная часть Сахалина, включая будущий Южно-Сахалинск, отошла Японии. Новые власти переименовали город в Тоёхара, построили дороги, школы, административные здания и индустриальные объекты. Японская архитектура, заложенная в этот период, заметна в отдельных кварталах и сегодня.
После окончания Второй мировой войны, в 1945 году, город вновь вошёл в состав России (тогда Советского Союза). Название «Тоёхара» заменили на «Южно-Сахалинск». В послевоенное время началось активное восстановление города как важного административного и промышленного центра Сахалинской области. Были построены новые микрорайоны, предприятия, культурные учреждения, а население значительно выросло. Сегодня Южно-Сахалинск славится гармонией культур, интересной архитектурой, природными достопримечательностями, широкими возможностями для туризма.