大正十二年（1923年）3月31日，以台中州令第15号制订〈台中州立图书馆规则〉后，同年5月15日正式将图书馆定名为「台中州立图书馆」。大正十四年（1925年），迁移至大屯郡役所旧址。昭和三年（1928年）5月14日，在已完工尚未迁入的新馆舍前，发生台中不敬事件。昭和四年（1929年）10月，图书馆迁入新馆舍（今址）。根据统计，昭和九年（1934年）的台中州图藏书有1万4488册，其中以文学类的书籍最多（3168册）。而在日治时期为了促使图书流通，曾实施「巡回文库」的措施，会将书籍轮流送到需要的地区提供