בשנת 1910 היו בעיר למעלה מ-100 בתי כנסת וקלויזים (בתי מדרש). באחד מהם, "כורלי" ("טהרת הקודש"), הרצו בין היתר המטיף הצעיר ד"ר שמריהו לוין וההיסטוריון שמעון דובנוב.
בראשית המאה ה-20 היו בווילנה מאות מוסדות חינוך ליהודים, רובם חדרים, ובהם למדו כ-13,000 ילדים. בין מוסדות אלו היו בתי ספר ממשלתיים ליהודים, בית ספר מקצועי יהודי ובית מדרש לרבנים שהוסב למכון להכשרת מורים. ב-1915 הקימה "חברת מפיצי השכלה" שלושה בתי ספר - לבנים, לבנות ומעורב - ששפת הלימוד בהם היתה יידיש ובאותה שנה ייסד ד"ר אפשטיין גימנסיה עברית בווילנה, שלימים נקראה על שמו. מערכת החינוך היהודית הבלתי פורמלית כללה עשרות חוגים, בהם חוגים לספרות, לדרמה, למוסיקה ולאמנות תעשייתית, מקהלה ועוד.
חברות צדקה וסיוע העסיקו עשרות רופאים ותמכו בפעולות דת, בעניים, בבית התמחוי, בפעולות הבראה לילדים ובקבורה. ב-1908 נוסדה בווילנה מושבת הילדים הראשונה של ארגון הבריאות היהודי אוז"ה (OZE).
בעת "הסופות בנגב" בדרום רוסיה גאה המתח גם בווילנה, אך התארגנות יהודית להגנה עצמית סיכלה נסיון לפגיעה ביהודים והסגירה את הפורעים למשטרה. בשנת 1900 העלילה פולניה שיהודים ניסו לשחוט אותה כדי להשתמש בדמה לעשיית מצות לפסח. עלילת הדם גרמה להחרפת המתיחות על רקע אנטישמי בעיר. על רקע מתיחות זו, כמו גם על רקע המצב הכלכלי הגרוע, גברה ההגירה מווילנה. אלפי יהודים היגרו מהעיר, רובם לארצות הברית.
במהפכת 1905 היו פעילים חברי ה"בונד" והציונים בווילנה, ובהם דובנוב, הרב מטעם ד"ר יהודה לייב קנטור, שמריהו לוין ואחרים. אחרי דיכוי המהפכה פרצו פוגרומים ברחבי רוסיה וציונים וסוציאליסטים התארגנו להגנה עצמית. השלטונות פיזרו את ההתארגנויות, החרימו את נשקן ואסרו פעילים רבים. אחרים ברחו לחוץ לארץ והנותרים ירדו למחתרת.
מלחמת העולם הראשונה
עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה ברחו לווילנה למעלה מ-1,600 פליטים יהודיים מהאזור ומשאר חלקי פולין וליטא. באביב ובקיץ 1915 הגיעו לווילנה עשרות אלפי פליטים שניסו להימלט לרוסיה. בעיר נפתחו מטבחים ציבוריים לפליטים ומעונות יום לילדיהם. סיוע ניתן גם למשפחות היהודים שגויסו לצבא הצאר.
בספטמבר 1915 כבשו הגרמנים את וילנה מידי צבא הצאר. הם החרימו מזון וסחורות וחטפו יהודים רבים לעבודת כפיה. המצוקה הכלכלית והרעב הביאו לעליית התמותה פי שניים ושלושה. בעזרת ארגוני סיוע יהודיים מגרמניה וארצות הברית הצליחה הנהגת הקהילה היהודית לסייע לנזקקים היהודים בעיר, בעיקר במזון. בתקופת הכיבוש הגרמני נפתחו בעיר גם בתי ספר ביידיש ובעברית, חדרים ותלמודי תורה וכן בתי ספר מקצועיים.
בסוף 1918 נסוגו הגרמנים מווילנה. בשנתיים שלאחר מכן תפסו לסירוגין את השלטון בווילנה פולין, רוסיה וליטא. באוקטובר 1920 כבשו הפולנים את וילנה ובאפריל 1922 הכריז הסיים הפולני כי וילנה היא פולנית. בתקופה זו היו בעיר כ-140,000 תושבים, כשליש מהם – יהודים.
