1912年，辛亥革命后，该校改名为“县立桂林中学校”。
1918年，该校更名为“广西省立第三中学校”。
1923年8月，广西全省中学改行“三三”新学制，该校始招三年制初中班。
1926年8月，该校始招三年制高中班。
1928年秋，该校次迁址，自副爷巷迁崇德街（今解放西路），原桂林文庙、武庙、刘长佑祠、桂林道伊公署、榕湖经舍和桂林府学等处合为该校的新校舍（即该校现校址）。
1929年9月，广西省立第二师范学校归并该校，该校原有的实验小学及幼稚园等亦隶属于该校，全校规模达60余班。
1931年8月，该校高初中分校，高中部改名为“广西省立第三中学”，位于城第二师范旧址（今广西师大本部）；初中部改名为“广西省立第三初级中学”，仍在崇德街。
1934年秋，桂林县立桂山中学归并于广西省立第三初级中学，改名为“广西省立桂林初级中学”。广西省立第三中学则改名为“广西省立桂林中学”。
1936年8月，桂林高中迁址到良丰雁山西林公园。同在西林公园的广西省立师范专科学校于同年9月改为广西大学文法学院，桂林高中遂改隶广西大学，更名为“广西大学第二附属中学”。
1937年春，抗日战争前夕，在该校进步学生中开始建立了中国共产党地下组织。
1937年春，广西大学文法学院迁出良丰雁山西林公园（迁址桂林市李子园，即今乐群路桂林医学院处）。桂林高中恢复原校名“广西省立桂林中学”。
1938年秋，广西省立桂林中学从良丰搬回崇德街与广西省立桂林初级中学合并，更名为“广西省立桂林中学”，恢复完中建制。
1939年，日本侵略军占领武汉、广州后，对桂林进行轰炸。桂林中学将初中部一分为二，分别迁往临桂县的会仙乡和永福县的罗锦乡，当时称“会仙分校”和“罗锦分校”。
1941年春，罗锦分校结束。会仙分校则改为“广西省立临桂初级中学校”。桂林中学本部恢复招收初中班，仍为完全中学。
1944年秋，日军南侵，桂林沦陷。该校疏散于临桂的五通、宛田和龙胜之间。崇德街校舍大部分被焚毁，学校的图书仪器损失殆尽。
1945年9月，抗战胜利，该校在崇德街校址重建校舍，恢复上课。直到中华人民共和国成立，一直沿用“广西省立桂林中学”校名。
1947年6月2日、6月4日，桂林中学学生参加了全市的反对国民党反动统治的“反内战、反饥饿、反迫害”大游行。
1949年4月，桂林中学教师秦强被饿死，全校学生举行了反对国民党政府迫害教师的“抬棺大游行”。
在解放战争时期，不少桂林中学学生在共产党的教育下，投身人民革命事业。在革命斗争中光荣牺牲的有：刘俊民、刘德鸿、苏武杰、李应林（女）、陈保民、杨庆祝、刘美荆、吴培梅、黄觉先等。
1949年12月，桂林市人民政府接管该校，并将“广西省立商业职业学校”合并到该校，校名定为“广西省桂林中学”。解放后的首任校长为汤松年。
1951年8月，广西省文教厅决定南宁中学、南宁一中、桂林中学、博白中学等4所中学为试用苏联5科教材（俄语、数学、物理、化学、生物）的学校。
1953年5月，广西省教育厅选定南宁高中、南宁一中、桂林中学、博白中学、柳州中学、百色中学、廉州中学、玉林高中等8所中学为广西办好的中学。
1953年9月，该校改名为“广西省桂林中学”。
1954年3月，该校建立中国共产党桂林高中支部，首任支部书记巫摩白。
1958年春，为贯彻教育同生产劳动相结合的方针，该校由解放西路迁到桂林市西郊甲山办学，开始办工厂，办农场。
（附注：甲山校区，早为李宗仁夫人郭德洁所建的“德智中学”校址；解放后，原“德智中学”合并到穿山桂林一中，该处设“广西革大”；20世纪50年代中期，该处又为“越南育才学校”所用；1958年“越南育才学校”搬回国，桂林中学进入。）
1959年8月，学校改名为“桂林市桂林中学”。
1960年6月，全国教育和文化、卫生、体育、新闻方面社会主义建设单位和工作者代表大会在北京举行，简称"全国文教群英会"。桂林中学作为广西的代表单位参加了这次大会。
1963年5月，广西区教育厅对省中学进行调整。在26所省中学中，确定了包括桂林中学在内的9所学校（另有南宁二中、南宁三中、柳州高中、柳铁一中、师院附中、梧州高中、玉林高中、百色高中等8所），为批办好的学校。
1966年11月，又因越南战争，越南育才学校第二次从越南搬到桂林市，再进西郊甲山。该校由甲山迁到东郊猫儿山（原广西师院生物系中文系址）办学。到1968年9月，越南育才学校迁往桂林东郊三里店新校区之后，该校复迁回甲山。
期间，桂林中学和其他中学一样，遭受严重破坏，教学质量严重下降，自治区名存实亡。
1974年，该校被确定为对外开放单位。
1978年秋，该校重新被确定为广西区中学。
1981年7月，该校由西郊甲山迁回解放西路原址。
1982年，桂林中学被评为“全国青少年科技活动集体”。
1985年，该校举办80周年校庆活动。整理印制了《桂林中学校志》、《桂林中学校友通讯录》，设立了“桂林中学校史陈列室”，成立了“桂林中学校友理事会”（会长钟文典）。
1988年，桂林中学获得国家教委授予的“德育校”称号。
1992年，经广西区教委，广西16所中学中的8所被评为“中国名校”。桂林中学入选。（其他7所中学是：玉林高中、廉州中学、南宁二中、南宁三中、柳地高中、柳州高中、梧州高中）
1993年，桂林中学获得国家教委、国家体委授予的“全国贯彻体育工作条例学校”称号。
1995年，学校举办90周年校庆活动。重新补充整理印制了《桂林中学校志》、《桂林中学校友通讯录》，印制了《桂林中学90周年校庆特刊》。
1999年秋，按国家教育部《示范性普通高中评估验收标准》须高初中分设的要求，桂林中学停止招收初中生。2001年，后一届初中毕业。
2001年，桂林中学被评为“全国第二批现代教育技术实验学校”。
2002年秋，经桂林市教育局批准，该校恢复向桂林市辖12个县招收学生。当年在12县招收学生一个班，学生50名。
2003年5月，桂林中学被评为广西首批“自治区示范性普通高中”。
2003年8月，桂林中学校园改造一期工程完成（图书楼、办公楼、教学楼、实验楼、学生宿舍综合楼），二期工程启动（运动场、体育馆、食堂综合楼、文化广场、地下停车场、科技艺术楼），计划2005年6月完成（除科技艺术楼外），迎接学校百年大庆。
