新政府に対して、名古屋城の破却と金鯱の献上を申し出た。しかしドイツの公使マックス・フォン・ブラントと陸軍第四局長代理の中村重遠工兵大佐の訴えにより、山縣有朋が城郭の保存を決定。このとき、天守は本丸御殿とともに保存された。1872年（明治5年）東京鎮台第三分営が城内に置かれた。1873年（明治6年）には名古屋鎮台となり、1888年（明治21年）に第三師団に改組され、終戦まで続いた。離宮時代の名残、本丸隅櫓に残された菊花紋瓦保存された本丸は、1891年（明治24年）に、濃尾大地震により、本丸の西南隅櫓や多聞櫓の一部が倒壊したが、天守と本丸御殿は大きな被害を受けなかった。1893年（明治26年）、本丸は陸軍省から宮内省に移管され、名古屋離宮と称する。その後、名古屋離宮は1930年（昭和5年）に廃止されることになり、宮内省から名古屋市に下賜された。名古屋市は恩賜元離宮として名古屋城を市民に一般公開し、また建造物や障壁画は国宝（旧国宝）に指定された。
1937年（昭和12年）1月7日、天守閣の金の鯱の鱗が58枚が盗難に遭う。この鱗の金の価格は当時の価格で40万円ほど。犯人は大阪の貴金属店にこの鱗を売ろうとして警察に発覚し1月28日に逮捕された。太平洋戦争時には空襲から金鯱を守るために地上へ下ろしたり、障壁画を疎開させるなどしていたが、1945年（昭和20年）5月14日の名古屋空襲により、本丸御殿、大天守、小天守、東北隅櫓、正門、金鯱などが焼夷弾の直撃を受けて大火災を起こし焼失した。戦後、三の丸を除く城址は、北東にあった低湿地跡と併せ名城公園とされた。園内には、戦災を免れた3つの櫓と3つの門、二の丸庭園の一部が保存された。また、一部の堀が埋め立てられるなど改変も受けているが、土塁・堀・門の桝形などは三の丸を含めて比較的よく残されている。天守は、地元商店街の尽力や全国からの寄付により1959年（昭和34年）に再建されて、復元された金鯱とともに名古屋市のシンボルとなった。
天守に続いて本丸御殿の復元が計画されたが、実現の道のりは遠く、バブル崩壊などの資金難で一時は中止の危機に瀕したこともあった。市民ボランティア団体「本丸御殿フォーラム」が1994年（平成6年）5月14日に設立され、2002年（平成14年）から再建基金の寄付を募った。2007年（平成19年）に、文化庁より本丸御殿の復元工事が許可され、2008年（平成20年）に再建工事が着工された。2010年（平成22年）における第一期工事のうちの玄関部分の復元が計画されている。またこれにあわせて、戦災を免れた障壁画の復元模写も同時に進められる予定である。2022年（平成34年）の完成を目指して総工費150億円が投じられて復元される。2006年（平成18年）4月6日、日本100名城（44番）に選定され、2007年（平成19年）6月から全国規模の日本100名城スタンプラリーが開始された。2009年（平成21年）名古屋市の河村たかし市長は8月10日の定例記者会見で、名古屋城天守閣を現在のコンクリート造から木造に建て直すことを本格的に検討すると発表した。
計画を考えるプロジェクトチームを8月24日に発足させ、2010年度予算案に調査費を盛り込む考え。名古屋城の城地は、濃尾平野に連なる庄内川の形作った平野に向かって突き出した名古屋台地の西北端に位置する。この場所は、北に濃尾平野を一望のもとに監視できる軍事的な要地にあたる。築城以前、台地縁の西面と北面は切り立った崖で、その崖下は低湿地となっており、天然の防御ラインを形成した。また、伊勢湾に面した港である南の熱田神宮門前町からは台地の西端に沿って堀川が掘削され、築城物資の輸送とともに、名古屋城下町の西の守りの機能を果たした。名古屋城の縄張は、それぞれの郭が長方形で直線の城壁が多く、角が直角で単純なつくりである。構造は典型的な梯郭式平城で、本丸を中心として南東を二の丸、南西を西丸（にしのまる）、北西を御深井丸（おふけまる）が取り囲んでいる。さらに南から東にかけて三の丸が囲む。西と北は水堀（現存）および低湿地によって防御された。
南と東は広大な三の丸が二の丸と西丸を取り巻き、その外側の幅の広い空堀（一部現存）や水堀に守られた外郭を構成した。さらにその外側には、総構え（そうがまえ）または総曲輪（そうぐるわ）と呼ばれる城と城下町を囲い込む郭も計画されていた。西は今の枇杷島橋（名古屋市西区枇杷島付近）、南は古渡旧城下（名古屋市中区橘付近）、東は今の矢田川橋（名古屋市東区矢田町付近）に及ぶ面積となる予定であったが、大坂夏の陣が終わると普請は中止された。ただし、外郭の一部である木曾川には御囲堤という堤防が造られることで、西の防備は整備されている。隅櫓はすべて2層3階建てで、その規模は他城の天守におよぶ。また、外観意匠もそれぞれ相違させ、今日でいうデザインを重視した設計も行われている。現存しているのは、南東の辰巳（たつみ）隅櫓、南西の未申（ひつじさる）隅櫓で、北東の丑寅（うしとら）隅櫓は戦災で失われ櫓台のみ残っている。 多聞櫓は長屋状の櫓で、奥行は5メートル強あり、内部には武具類や非常食を収納し、十分な防御能力を持っていた。
多聞櫓はすべて濃尾地震で破損し、取り壊されたため名古屋城での現存例はない。1957年（昭和32年）名古屋市制70周年記念事業と位置づけられて間組により天守の再建が開始された。このとき、大天守を木造とするか否かで議論があったようだが、石垣自体に建物の重量をかけないよう配慮し、天守台石垣内にケーソン基礎を新設し、その上に鉄骨鉄筋コンクリート構造（SRC造）の大天守を載せる外観復元とし、起工式は1958年（昭和33年）6月13日、竣工式は1959年（昭和34年）10月1日のこととなった。再建大天守は5層7階、内部にはエレベータが設置されている。外観はほぼ忠実に再現しているが、最上層の窓は展望窓として焼失前より大きなものとしたので、下層の窓とも意匠が異なる。現存しているのは西、東のそれぞれ鉄御門二之門の2棟であるが、東鉄御門二之門は本丸東御門二之門跡に移築されている。その他の二の丸内の建築物はすべて取り壊されたが、現在庭園の一部が復元整備されている。
馬場跡には一時期名古屋大学本部など同大学の施設が置かれた後、同大学の東山キャンパス移転後は愛知県体育館が建てられている。また、二の丸は名古屋城の前身で織田信長最初の居城であった那古野城の跡とされているため、それを記念する石碑が建てられている。西丸は名古屋城内の大手筋に位置し、南側に榎多御門（えのきだごもん）があり、桝形・二重城門構造で固めて三の丸と連絡していた。南辺を多聞櫓で防御し、その他の辺は土塀を建てまわし、南西隅部に御勘定多聞櫓、西面中央に月見櫓を建てていた。郭内には多くの米蔵が建てられ、食糧基地としての性格を持っていた。
