Особенно успешным для исследователей Байкала был 1900 год. В течение лета Русское географическое общество организовало фаунистическую экспедицию студенту Казанского университета B. Гаряеву, который работал на Байкале и в предыдущем году. Он посетил бухту Сыса на Ольхоне, Хыргалтэ, Хэрь-хушун, Ушканьи острова, бухту Поворотную и Курбуликский залив. Особый интерес для него представляли низшие организмы, обитающие в Байкале. Во всех местах специальными ловушками В.Гаряев производил лов планктона. Среди них исследователь обнаружил огромное количество морских форм. Этот факт подтверждал предположения о реликтовости фауны пресноводного Байкала. Коллекции, собранные B. Гаряевым, содержали много новых видов организмов, которые еще не были известны науке. За два года он дополнил 117 установленных ранее видов амфипоз более пятьюдесятью видами. Особую ценность представляла находка трубчатого червя из отряда многощитинковых, которые являлись исключительно обитателями морей.

Помимо гидрографических исследований был проведен анализ погодных условий на Байкале, изучены направления и сила ветров, собраны термобарометрические данные, определена степень влажности, облачности и количество выпадаемых осадков. Осуществление этих работ было поручено Морскому министерству, которое преследовало при этом главную цель - выбор наилучших мест для устройства пристаней. Одной из главных целей правительственных чиновников было составление карты и руководства для плавания. Уже первые результаты метеонаблюдений выявили ряд особенностей Байкала, которые имели не только научное, но и практическое значение. Например, было отмечено очень частое и чрезвычайно быстрое изменение температуры и влажности воздуха, что свойственно лишь озеру Байкал. Также были собраны сведения о положении судоходства и условиях плавания по озеру, проведены глубоководные исследования озера, произведены измерения температуры воды на разных глубинах с определением рода грунта и еще много ценных исследований. В 1902 году было начато строительство участка Кругобайкальской железной дороги (КБЖД), которое завершили в 1905 году.

С целью установления сквозного железнодорожного сообщения было решено до окончания строительства Кругобайкальской железной дороги (завершено в 1905 году) соединить берега озера железнодорожной паромной переправой. 24 апреля 1900 года паром-ледокол «Байкал» совершил свой первый рабочий рейс, имея на борту 500 пассажиров, 167 лошадей, 2 паровоза, 3 вагона и 1000 пудов груза.

1 августа 1900 года начались рабочие рейсы «Ангары» по перевозке грузов и пассажиров. 10 октября 1901 года «Байкальская железнодорожная переправа» была официально принята в эксплуатацию и вошла в состав Забайкальской железной дороги. Общая стоимость комплекса достигла 6,74 млн руб.

Первые зимние рейсы показали непригодность порта Мысовая из-за мелководья и открытости ветрам. Поэтому на восточном берегу озера появилась станция-пристань Танхой, которая оказалась и удобнее и ближе. К 1910 году на Байкале работали 18 пароходов, несамоходный флот состоял из 24 судов, включая три металлических баржи с грузоподъемностью 600 тонн каждая.

С 1915 года на Байкале ежегодно проводил экспедиции известный зоолог В.Ч. Дорогостайский. В 1916 году он смог получить значительную финансовую помощь иркутского миллионера-мецената Н.А. Второва на создание Байкальской экспедиционной станции в пос. Большие Коты и строительство первого на Байкале научно-исследовательского судна «Чайка».

В последнее предреволюционное десятилетие на Байкал приезжали еще несколько экспедиций. Ими были открыты многочисленные памятники первобытной культуры. Например, многослойное поселение Улан-Хада и наскальные изображения на горах Сахюртэ и Орсо.

В 1916 году с целью охраны от истребления соболя был образован первый на Байкале Баргузинский заповедник.

В ходе гражданской войны Прибайкалье стало ареной ожесточенных сражений между красной и белой армиями. В частности, Иркутск неоднократно переходил из рук в руки, недолгое время являясь ставкой Верховного правителя России А.В. Колчака.

27 декабря 1919 года штабной поезд и поезд с золотым запасом России прибыли на станцию Нижнеудинск, где представители Антанты вынудили Колчака подписать приказ об отречении от прав Верховного правителя и передать эшелон с золотым запасом под контроль Чехословацкого корпуса. 15 января 1920 года чешское командование выдало Колчака эсеровскому Политцентру, который уже через несколько дней передал его большевикам.

В ночь с 6 на 7 февраля 1920 адмирал А.В. Колчак и председатель Совета министров России В. Н. Пепеляев были расстреляны в Иркутске на берегу реки Ушаковка по постановлению Иркутского военно-революционного комитета.

Именно с Кругобайкальской железной дорогой связана одна из самых загадочных страниц в истории Гражданской войны: исчезновение вагонов с частью золотого запаса России. Существует гипотеза, что они потерпели крушение и упали в Байкал. Косвенное подтверждение эта версия получила в ходе экспедиции «Миры» на Байкале» в 2008-2010 годах.

Практически сразу после установления Советской власти и уничтожения остатков белых отрядов, действовавших в Прибайкалье, были возобновлены активные научные исследования Байкала.

В 1925 году Байкальская станция была перенесена в пос. Маритуй. В 1928 году Президиум АН СССР преобразовал ее в стационарное учреждение - Байкальскую лимнологическую станцию, первым директором которой стал профессор Г.Ю. Верещагин. Именно благодаря его усилиям сформировалась отечественная лимнологическая школа, а изучение Байкала, как величайшего в мире пресного водоема, приобрело международное значение.

В 1932 году Совнарком принял постановление "О строительстве Байкало-Амурской магистрали", которое утвердило план строительства БАМа. Наркомату путей сообщения (НКПС) предписывалось обеспечить "немедленный приступ ко всем подготовительным работам по сооружению дороги". Прокладка трассы БАМа осуществлялась самым передовым на тот момент способом - с помощью аэрофотосъемки на первых крупных отечественных исследовательских самолетах АНТ-7. Одним из энтузиастов применения нового метода был будущий советский писатель-фантаст И.А. Ефремов.

Со второй половины ХХ века началось интенсивное освоение природных ресурсов Байкала и его промышленное использование, что не лучшим образом отразилось на экосистеме озера. В 1956 году начала свою работу Иркутская ГЭС, и естественный уровень озера Байкал повысился на 1,2 м. Это очень серьезно повлияло на обитателей озера: значительно сократилась численность бычка желтокрылки, которым питается омуль.

В 1958 году на южном берегу озера началась ударная комсомольская стройка по возведения города Байкальска и Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК), введенного в строй в 1966 году. Построенный комбинат нанес и продолжает наносить непоправимый ущерб Байкалу. Высоко ядовитые органические вещества уже были найдены в существенных количествах в растениях, зоопланктоне и жире нерпы. Уже исчезло немало редких видов животных и растений.

В 1961 году по инициативе академика Г.И. Галазия Байкальская лимнологическая станция была реорганизована в Лимнологический институт СО АН СССР. В 1960 – 1965 году Лимнологический институт и лично Галазий принимали активное участие в выполнении задания правительства СССР по разработке основных положений Генеральной схемы комплексного использования природных ресурсов оз. Байкал и его бассейна. Схема была одобрена Президиумом АН СССР. Лимнологический институт, возглавляемый Г.И. галазием, а с 1987 года – М.А. Грачевым, внес наибольший научный вклад в изучение экосистемы Байкала и на сегодняшний день, наряду с Байкальским институтом природопользования, является крупнейшим научным учреждением, на постоянной основе ведущим комплексные исследования озера.

В 1962 году специально для Лимнологического института на заводе «Ленинская кузница» в г. Киеве было построено судно «Г.Ю. Верещагин», ставшее самым крупным исследовательским судном на Байкале. Его водоизмещение 560 т, длина 43,6 м, ширина палубы 7,8 м.

В 1963 году были организованы подводные киносъемки байкальской флоры и фауны, которые проводились студией «Киевнаучфильм». Впервые широкий зритель смог увидеть на экранах все многообразие и красоту подводной жизни Байкала. Позже, в 1990 году на мировые экраны вышел фильм о Байкале «Голубое око Сибири», снятый английскими документалистами при участии ЮНЕСКО.

В 1969 году постановлением Совета Министров Бурятской АССР был образован Байкальский государственный природный биосферный заповедник.

В 1977 и 1990-91 годах на Байкале прошли подводные экспедиции Института океанологии АН СССР, в ходе которых для исследования водоема применялись обитаемые аппараты «Пайсис». Было совершено около 100 погружений, в ходе которых изучались рифтовые процессы на дне озера, современные литодинамические процессы, гидрофизические свойства водной толщи, животный и растительный мир. Была зафиксирована максимальная глубина Байкала: 1637 м.

В 1986 году согласно постановлениям Совета министров РСФСР были образованы Прибайкальский и Забайкальский национальные парки, Байкало-Ленский государственный природный заповедник.