В начале XVII город оказался в самой гуще бурных событий и потрясений "смутного времени". Захвативший Тулу в 1605 Дмитрий Самозванец ожидал здесь падения Москвы. В 1606 в городе поднимает восстание против царя Василия Шуйского мелкое служилое дворянство. В 1607 Тулу охватило крестьянское восстание под предводительством И. Болотникова, подавить которое правительственным войскам удалось только после четырёхмесячной осады города. В 1608 в Туле появился новый Лжедмитрий ("Тушинский вор"). В 1611-12 туляки участвовали в общенародной борьбе против польских интервентов, которая завершилась освобождением Москвы.
К середине XVII, когда укреплённая граница Российского государства отодвинулась на юг, Тула из города-крепости постепенно превращается в торгово-промышленный центр. Развитие традиционного для города кузнечного ремесла поощрялось московскими государями, нуждавшимися в собственной железоделательной и ружейной промышленности.
В начале XVIII ремесленное производство оружия сменяется заводским. По указу Петра I в 1712 в Туле сооружается первый в стране государственный оружейный завод. Тула становится признанным центром производства оружия и металлических изделий, которые имели сбыт по всей России. С 1797 Тула - центр губернии.
В отечественную войну 1812 Тула внесла значительный вклад в разгром наполеоновских войск. Он определялся не только поставкой оружия (в 1812-14 оружейники города поставили действующей армии 600 тысяч ружей), но и активным участием в боевых действиях в составе регулярной армии и народного ополчения. Тульские ополченцы прошли с боями через всю Европу и в составе русской армии вступили в Париж в марте 1814.
После окончания войны на тульских оружейных заводах произошёл спад, что привело к возникновению новых видов производств - самоварного, гармонного. Самовары и гармони, созданные руками тульских умельцев, быстро завоевали мировую известность и наряду с изготовлением оружия надолго определили специализацию тульской промышленности.
В конце XIX - начале XX века в Туле появились крупные предприятия металлургической, металлообрабатывающей, военной и сахарной промышленности, которые вместе с реконструированным в 1870-73 оружейным заводом стояли в одном ряду с крупнейшими промышленными предприятиями России. Одновременно с крупной развивалась и кустарная промышленность - скобяная, самоварная, гармонная, пряничное производство.
В 1898 в Туле возникла социал-демократическая группа, в 1901 - комитет РСДРП. Советская власть была установлена 7(20) декабря 1917. В годы гражданской войны город был центром вооружения Красной Армии.

 С начала Великой Отечественной войны тысячи трудящихся Тулы добровольно вступили в действующую армию.
Используя внезапность нападения и численное превосходство в военной технике и оружии немецко-фашистские войска настойчиво рвались к Москве.

24 октября 1941 г. 2-я танковая армия Гудериана возобновила наступление с целью захвата крупного индустриального, культурного центра и транспортного узла Тулы и обхода Москвы с юго-востока. Оборона города была поручена 50-й армии генерала А.Н. Ермакова.
24 октября началась героическая оборона Тулы. В городе было введено осадное положение. На защиту поднялось все население. Вокруг города были созданы три оборонительных рубежа, а внутри города — четыре мощных оборонительных сектора, на которых ежедневно работало до 4 тысяч человек. На улицах Тулы были сооружены многочисленные баррикады, врыты надолбы, в каменных зданиях сделаны бойницы для ведения огня. Для обороны города был сформирован тульский рабочий полк и 79 истребительных батальонов, в которых насчитывалось около 12 тысяч человек.

29 октября гитлеровцам удалось прорваться к южной окраине Тулы, где их остановили героически сражавшиеся 156-й полк НКВД, 732-й зенитно-артиллерийский полк ПВО и Тульский рабочий полк.
Предпринятые противником попытки в первой половине ноября захватить Тулу фронтальным ударом с юга и севера были отражены войсками 509-й армии и при активной поддержке населения.
За полтора месяца осады Тулы рабочие города, несмотря на эвакуацию большей части предприятий в восточные районы, отремонтировали 90 танков, 100 артиллерийских орудий, свыше 100 станковых пулеметов, наладили выпуск автоматов, винтовок, минометов. В начале декабря 1941 г. немецко-фашистские войска предприняли последнюю попытку полностью окружить Тулу и овладеть городом.
3 декабря севернее города враг перерезал железную и шоссейную дороги, связывающие Тулу с Москвой. В этой критической обстановке защитники Тулы проявили мужество, стойкость и героизм. Сражаясь насмерть, они отстояли свой город. К ним на помощь пришли войска 40-й армии генерала И.Г. Захаркина, которые во взаимодействии с войсками 50-й армии окружили часть 4-й танковой дивизии противника и восстановили связь Тулы с Москвой. Исчерпав свои наступательные возможности, противник начал отход. Оборона Тулы имела большое значение в стабилизации линии фронта на южных подступах к Москве. Она выдержала удары противника, находясь почти в полном окружении и сковала его крупные силы.