1912年，辛亥革命后，該校改名為“縣立桂林中學校”。
1918年，該校更名為“廣西省立第三中學校”。
1923年8月，廣西全省中學改行“三三”新學制，該校始招三年制初中班。
1926年8月，該校始招三年制高中班。
1928年秋，該校**次遷址，自副爺巷遷崇德街（今解放西路），原桂林文廟、武廟、劉長佑祠、桂林道伊公署、榕湖經舍和桂林府學等處合為該校的新校舍（即該校現校址）。
1929年9月，廣西省立第二師范學校歸并該校，該校原有的實驗小學及幼稚園等亦隸屬于該校，全校規模達60余班。
1931年8月，該校高初中分校，高中部改名為“廣西省立第三高級中學”，位于王城第二師范舊址（今廣西師大本部）；初中部改名為“廣西省立第三初級中學”，仍在崇德街。
1934年秋，桂林縣立桂山中學歸并于廣西省立第三初級中學，改名為“廣西省立桂林初級中學”。廣西省立第三高級中學則改名為“廣西省立桂林高級中學”。
1936年8月，桂林高中遷址到良豐雁山西林公園。同在西林公園的廣西省立師范專科學校于同年9月改為廣西大學文法學院，桂林高中遂改隸廣西大學，更名為“廣西大學第二附屬高級中學”。
1937年春，抗日戰爭前夕，在該校進步學生中開始建立了中國共產黨地下組織。
1937年春，廣西大學文法學院遷出良豐雁山西林公園（遷址桂林市李子園，即今樂群路桂林醫學院處）。桂林高中恢復原校名“廣西省立桂林高級中學”。
1938年秋，廣西省立桂林高級中學從良豐搬回崇德街與廣西省立桂林初級中學合并，更名為“廣西省立桂林中學”，恢復完中建制。
1939年，日本侵略軍占領武漢、廣州后，對桂林進行轟炸。桂林中學將初中部一分為二，分別遷往臨桂縣的會仙鄉和永福縣的羅錦鄉，當時稱“會仙分校”和“羅錦分校”。
1941年春，羅錦分校結束。會仙分校則改為“廣西省立臨桂初級中學校”。桂林中學本部恢復招收初中班，仍為完全中學。
1944年秋，日軍南侵，桂林淪陷。該校疏散于臨桂的五通、宛田和龍勝之間。崇德街校舍大部分被焚毀，學校的圖書儀器損失殆盡。
1945年9月，抗戰勝利，該校在崇德街校址重建校舍，恢復上課。直到中華人民共和國成立，一直沿用“廣西省立桂林中學”校名。
1947年6月2日、6月4日，桂林中學學生參加了全市的反對國民黨反動統治的“反內戰、反饑餓、反迫害”大游行。
1949年4月，桂林中學教師秦強被餓死，全校學生舉行了反對國民黨政府迫害教師的“抬棺大游行”。
在解放戰爭時期，不少桂林中學學生在共產黨的教育下，投身人民革命事業。在革命斗爭中光榮犧牲的有：劉俊民、劉德鴻、蘇武杰、李應林（女）、陳保民、楊慶祝、劉美荊、吳培梅、黃覺先等。
1949年12月，桂林市人民政府接管該校，并將“廣西省立高級商業職業學校”合并到該校，校名定為“廣西省桂林中學”。解放后的首任校長為湯松年。
1951年8月，廣西省文教廳決定南寧中學、南寧一中、桂林中學、博白中學等4所中學為試用蘇聯5科教材（俄語、數學、物理、化學、生物）的重點學校。
1953年5月，廣西省教育廳選定南寧高中、南寧一中、桂林中學、博白中學、柳州中學、百色中學、廉州中學、玉林高中等8所中學為廣西重點辦好的中學。
1953年9月，該校改名為“廣西省桂林高級中學”。
1954年3月，該校建立中國共產黨桂林高中支部，首任支部書記巫摩白。
1958年春，為貫徹教育同生產勞動相結合的方針，該校由解放西路遷到桂林市西郊甲山辦學，開始辦工廠，辦農場。
（附注：甲山校區，早為李宗仁夫人郭德潔所建的“德智中學”校址；解放后，原“德智中學”合并到穿山桂林一中，該處設“廣西革大”；20世紀50年代中期，該處又為“越南育才學校”所用；1958年“越南育才學校”搬回國，桂林中學進入。）
1959年8月，學校改名為“桂林市桂林中學”。
1960年6月，全國教育和文化、衛生、體育、新聞方面社會主義建設先進單位和先進工作者代表大會在北京舉行，簡稱"全國文教群英會"。桂林中學作為廣西的代表單位參加了這次大會。
1963年5月，廣西區教育廳對省重點中學進行調整。在26所省重點中學中，確定了包括桂林中學在內的9所學校（另有南寧二中、南寧三中、柳州高中、柳鐵一中、師院附中、梧州高中、玉林高中、百色高中等8所），為**批重點辦好的學校。
1966年11月，又因越南戰爭，越南育才學校第二次從越南搬到桂林市，再進西郊甲山。該校由甲山遷到東郊貓兒山（原廣西師院生物系中文系址）辦學。到1968年9月，越南育才學校遷往桂林東郊三里店新校區之后，該校復遷回甲山。
文化大革命期間，桂林中學和其他重點中學一樣，遭受嚴重破壞，教學質量嚴重下降，自治區重點名存實亡。
1974年，該校被確定為對外開放單位。
1978年秋，該校重新被確定為廣西區重點中學。
1981年7月，該校由西郊甲山遷回解放西路原址。
1982年，桂林中學被評為“全國青少年科技活動先進集體”。
1985年，該校舉辦80周年校慶活動。整理印制了《桂林中學校志》、《桂林中學校友通訊錄》，設立了“桂林中學校史陳列室”，成立了“桂林中學校友理事會”（會長鐘文典）。
1988年，桂林中學獲得國家教委授予的“德育先進校”稱號。
1992年，經廣西區教委推薦，廣西16所重點中學中的8所被評為“中國名校”。桂林中學入選。（其他7所中學是：玉林高中、廉州中學、南寧二中、南寧三中、柳地高中、柳州高中、梧州高中）
1993年，桂林中學獲得國家教委、國家體委授予的“全國貫徹體育工作條例先進學校”稱號。
1995年，學校舉辦90周年校慶活動。重新補充整理印制了《桂林中學校志》、《桂林中學校友通訊錄》，印制了《桂林中學90周年校慶特刊》。
1999年秋，按國家教育部《示范性普通高中評估驗收標準》須高初中分設的要求，桂林中學停止招收初中生。至2001年，后一屆初中畢業。
2001年，桂林中學被評為“全國第二批現代教育技術實驗學校”。
2002年秋，經桂林市教育局批準，該校恢復向桂林市轄12個縣招收學生。當年在12縣招收學生一個班，學生50名。
2003年5月，桂林中學被評為廣西首批“自治區示范性普通高中”。
2003年8月，桂林中學校園改造一期工程完成（圖書樓、辦公樓、教學樓、實驗樓、學生宿舍綜合樓），二期工程啟動（運動場、體育館、食堂綜合樓、文化廣場、地下停車場、科技藝術樓），計劃2005年6月完成（除科技藝術樓外），迎接學校百年大慶。
