Podczas I wojny światowej Żytomierz uzyskał szerokotorowe połączenie kolejowe za sprawą Niemców, którzy uruchomili kolej do Berdyczowa i Korostenia. thumb|Dworzec kolejowy w Żytomierzu w 1918 roku thumb|Msza święta w katedrze żytomierskiej z udziałem Józefa Piłsudskiego po zdobyciu miasta w ramach wyprawy kijowskiej w 1920 roku W 1918 zamknięto katolickie seminarium duchowne w Żytomierzu.
Na początku 1919 roku, na fali pogromów na Ukrainie, doszło do dwóch masakr żydowskich mieszkańców Żytomierza. W styczniu wojska ukraińskie razem z okolicznymi chłopami zabiły 80 osób i splądrowały mienie. W marcu, podczas przejmowania miasta przez wojska Dyrektoriatu, rozgorzał pięciodniowy pogrom, w którym zamordowano 317 osób, a wielu odniosło rany .
W czasie wojny polsko-bolszewickiej, od 31 stycznia do 2 lutego 1920 roku oddziały polskie, w tym 4 dywizjon artylerii konnej przeprowadziły zagon w okolicach miasta. W nocy 26 kwietnia 1920 roku Polacy rozpoczęli natarcie, które zapoczątkowało ofensywę na Kijów. W krótkotrwałej bitwie pod Kropiwną została kompletnie rozbita 58 Dywizja Strzelecka, a Polacy posunęli się o 70 kilometrów na wschód zdobywając Żytomierz. W tym samym dniu Józef Piłsudski skierował z Żytomierza odezwę do narodu Ukrainy.