Durante el siglo XX, San Bernardo experimentó un proceso de crecimiento urbano y conurbación con la ciudad de Santiago. Durante las primeras décadas del siglo, con la subdivisión y loteo de terrenos de la ciudad, comenzaron a aparecer nuevas calles. También surgieron nuevas avenidas, como la Avenida Aníbal Pinto en 1906 (paralela a la línea férrea) y la extensión de la Avenida Portales hasta Nos en 1914. Asimismo, en 1917 el tasador fiscal Ramón Liborio Carvallo, por solicitud del Alcalde de San Bernardo, publicó un informe con la tasación de las propiedades rurales y urbanas de la comuna. El documento alertó sobre la necesidad de ordenar la numeración de las casas y fijar los nombres de las calles, debido a que algunas de ellas tenían más de un nombre y otras simplemente no lo tenían.

El crecimiento de San Bernardo hizo necesario mejorar su comunicación con Santiago. En 1916 comenzó la idea de construir una gran avenida pavimentada para conectar estas ciudades, proyecto que fue aprobado en 1926 por el gobierno de Emiliano Figueroa (1866-1931). La Gran Avenida fue inaugurada en 1930, y en la actualidad se conoce con el nombre de Gran Avenida José Miguel Carrera.

La inauguración de la Maestranza San Bernardo en 1920 tuvo un importante impacto en la expansión de la comuna hacia el sur, pues luego de su inauguración se trasladaron cientos de personas a trabajar en sus talleres; demandado servicios, bienes y viviendas. Esta migración dio paso a la fundación de poblaciones obreras, una de las primeras fue la Población Sur.

En 1928, San Bernardo pasó a formar parte del Departamento de Santiago. Al año siguiente, el Congreso asignó fondos para pavimentar el sector urbano de la comuna y, en 1937, se creó el departamento de San Bernardo.

Ya en 1960, el gobierno aprobó el plan regulador intercomunal de Santiago, un instrumento creado para orientar el crecimiento de la ciudad. San Bernardo fue una de las diecisiete comunas integradas a una planificación general que, entre otras cosas, determinó áreas urbanas y rurales. Más tarde, con la apertura de la Carretera Panamericana Sur en 1964 la ciudad comenzó a expandirse hacia el poniente.

En los años siguientes, comenzaron a llegar a Santiago numerosas personas desde otros lugares del país. Como estaban saturadas las otras comunas de la capital, eligieron a San Bernardo para instalarse. De acuerdo al historiador Raúl Besoaín "esto motivó (alrededor del 1970) la aparición de nuevas poblaciones como La Portada y El Olivo, así como la existencia de gran número de campamentos" (Historia de la ciudad de San Bernardo. Santiago: Centro Cultural de San Bernardo, 1995, p. 223).

En 1979, la dictadura decretó el aumento de la superficie urbana metropolitana, "generando erradicaciones y un explosivo crecimiento de la ciudad, lo que consolida la conurbación de San Bernardo con el resto de Santiago a través de los ejes Gran Avenida y Ruta 5" (Yáñez, Sergio. La actividad industrial en la comuna de San Bernardo: caracterización, localización y tendencias futuras. Memoria para optar al título de geógrafo. Santiago: Universidad de Chile, 2008, p. 12).