Durant la première guerre mondiale, toute l’industrie locale est mobilisée pour l’effort de guerre : on produit des bombes, des obus, des véhicules, des moteurs de chars et d’avions, des cuisines roulantes, des casques, des effets militaires. Les femmes sont mobilisées et représentent un tiers des effectifs chez Peugeot et Japy. Au total, plus de 2 700 citoyens mobilisés du Pays de Montbéliard ont été tués ou sont portés disparus et les monuments aux morts vont sortir de terre dans tous les villages.

La période de l’après guerre dans le Pays de Montbéliard est marquée par deux évènements.

En 1921, Etienne Oehmichen effectue son premier vol dans un appareil doté d’un ballon gonflé à l’hydrogène, durant 60 secondes et à 10 mètres de haut. Le 4 mai 1924, il effectue un vol d’un kilomètre sur le terrain d’Arbouans, qui marque le début du vol vertical et se pose comme l’un des pères fondateurs de l’hélicoptère.

En 1928, le FC Sochaux est créé par Jean-Pierre Peugeot, qui se veut être un club omnisport aux ambitions nationales. Ce club participe au processus de professionnalisation du championnat de football dès 1932. Le club est champion de France en 1935 et 1938, vainqueur de la coupe de France en 1937 et 2007, ainsi que de la coupe de la ligue en 2004. En 1931 est créé le stade Bonal, ainsi nommé au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, le club rendant hommage à la perte d’un de ses dirigeants s'étant illustré dans la Résistance. En 1998-2000, le stade est totalement rénové et dispose désormais de 20 000 places assises.

Durant la Seconde Guerre mondiale le Pays de Montbéliard est occupé. Les Allemands annexent l’usine Peugeot et la ville de Sochaux est bombardée par les alliés en 1943. Dès 1942, une résistance active se met en place, organisant les passages en Suisse, la récupération des parachutages, le renseignement et le sabotage, particulièrement actif au sein des usines Peugeot. Dès juin 1944, la résistance s’intensifie avec un sabotage accru des voies ferrées, des lignes à haute tension, des lignes téléphoniques. Le groupe Tito s’illustre dans de nombreuses actions, alors que les parachutages d’armes et d’explosifs se multiplient. Le 20 août 1944, 3500 jeunes du Pays rejoignent le fort du Lomont. L’occupation devient terrible : les Allemands aux abois se livrent à de nombreuses exactions (fusillés au maquis d’Ecot, rafle des Israélites, tueries de Vandoncourt, Magny D'Anigon, Etobon, Présentevillers), au pillage des usines et à la destruction des infrastructures ferroviaires. Depuis le 16 septembre 1944, les troupes françaises débarquées en août en Provence étaient bloquées au sud du Pays : elles passent à l’action le 14 novembre et libèrent Montbéliard le 17. Dans ces actions, les troupes coloniales, en particulier marocaines eurent un rôle majeur.

Passé le choc de l’occupation et de la libération, des hommes de bonne volonté, tant à Montbéliard qu’à Ludwigsburg, comprennent que seule la construction d’une amitié franco-allemande pourra éviter dans l’avenir un nouvel affrontement : c'est la grande aventure du jumelage lancée par le maire de Montbéliard Lucien Tharradin, ancien résistant et déporté, et le docteur Doch, bourgmestre de Ludwigsburg. Les premiers contacts s’établissent en 1950 et des contacts réguliers s’organisent dès 1951, créant de fait un vrai jumelage, scellé officiellement en 1962. C'est le premier du genre, ce qui vaut aux deux villes de recevoir en 1974 le prix France-Allemagne pour les jumelages et le prix De Gaulle-Adenauer en 1990.

Dans des usines Peugeot dévastées, la production reprend dès avril 1945 grâce à des machines-outils modernes tirées des surplus américains, avec la production d’utilitaires. En 1947, la 202 réapparait, suivie par la mythique 203 qui assure pendant près de 10 ans le renouveau et l’essor de la marque. En 1950, la production dépasse le niveau de 1938 et la demande est frénétique. La sortie de la 403 en 1955 est un immense succès : 1 400 000 exemplaires seront produits. Peugeot se lance à l’assaut des marchés extérieurs et dès 1959, année où la production dépasse pour la première fois 200 000 véhicules, 40% de la production est exportée.
L’usine se modernise et se dote de pistes d’essais sur le site de Belchamp : elle fournit du travail à plus de 40 000 personnes. Les nouveaux modèles sont autant de succès commerciaux, et l’image de la marque, fondée sur la robustesse, est au plus haut. La production augmente jusqu’en 1973 (740 000 véhicules), puis diminue face au choc pétrolier, avant de croître à nouveau vers 1976. Malgré le second choc pétrolier, 1979 connaît un chiffre record de près de 900 000 véhicules. Après une période plus difficile, le succès mondial de la 205, sortie en 1983, assure l’avenir de l’entreprise. Un vaste plan de modernisation commence en 1987. Avec l’aide des collectivités locales, des travaux de dérivation de l’Allan sont entrepris afin de dégager de nouveaux espaces d’aménagement. Un important plan de robotisation est mis en place qui fait du site de Sochaux le plus moderne d’Europe. L’approvisionnement en flux tendu, favorisé par la construction de l’autoroute A36, devient la règle. Afin de promouvoir l’image de la marque, un ambitieux programme sportif, le plus souvent couronné de succès, est engagé, de même qu’un plan d’engagement extérieur, particulièrement en Chine, au Brésil et en Argentine. Toutes les mesures réunies permettent d’assurer l’avenir du groupe, mais au prix d’une baisse drastique des effectifs : Sochaux emploie moins de 15 000 salariés, dans une usine qui reste l’un des plus grands sites industriels de France.

D’autres industries disparaissent en revanche durant les Trente glorieuses. Japy s’écroule dans les années 70. L’industrie textile s’effondre entre 1953 et 1991. L’horlogerie, les forges d’Audincourt, beaucoup de petites et moyennes entreprises connaissent le même sort. L’Epée connaît des difficultés dès la fin des années 70 et ferme finalement ses portes en 1996.

Les Trente Glorieuses sont marquées par un développement spectaculaire de l’urbanisation, lié surtout à l’afflux de population venant travailler dans l’automobile. Jusque dans les années 1975 : français originaires de l’est (Franche-Comté, Alsace, Lorraine) mais aussi étrangers (Algériens, Marocains, Yougoslaves, Portugais, Espagnols, Turcs, Italiens), contribuent à la diversité religieuse du Pays de Montbéliard.

La population du Pays de Montbéliard double quasiment en 15 ans, passant de 58 000 habitants en 1946 à 100 000 en 1962 (120 000 aujourd’hui), ce qui n’est pas sans poser des problèmes de logement. De grands ensembles sont construits dès les années 1950, offrant un confort apprécié pour l’époque. De nombreuses maisons individuelles sont également construites. En 1959 est créé le District Urbain du Pays de Montbéliard (DUPM), le premier en France, dans le but de mieux aménager ces nouveaux quartiers (concept de ZUP à la Petite Hollande), de mettre en commun le ramassage des déchets, ou encore le transport en commun. Le DUPM laisse place en 1999 à la Communauté d’Agglomération du Pays de Montbéliard, dont l’appellation est depuis juillet 2010 : Pays de Montbéliard Agglomération.