בראשית המאה ה-19 הנהיג את קהילת יהודי וילנה רבה הראשון של הקהילה שלא הוכתר רשמית כרב ונשא בתפקיד ראש בית הדין, רבי אברהם אבלי פאסוועלער. הוא היה נערץ על יהודי עירו ובהשפעתו המשיכה וילנה להיות מרכז התורה בליטא. במקביל, בעקבות הגר"א ותלמידיו לא נמנעו חכמי וילנה מלעסוק לצד לימודי הקודש שלהם במדעים כלליים ובדקדוק השפה העברית ברמה כזו שיכלה לתת להם תועלת ללימודם. האפשרות לעסוק ב"חכמות חיצוניות" בדקדוק ובלימוד תנ"ך בדרך הפשט מבלי להיתפס ככופרים בעיקר וכמפרי המסורת היהודית, קסמה לשכבה גדולה של צעירים וילנאיים שהחלו להיחשף לספרות הדור הראשון של תנועת ההשכלה היהודית בגרמניה, באמצעות בני וילנה שנסעו לאיטליה ולגרמניה ללמוד רפואה ושבו לביתם. הם לא ראו סתירה בין העמדות וכך התפתחה אליטה משכילית מסורתית ששמרה על קיום המצוות בד בבד עם פיתוח השכלה כללית רחבה. בשל העובדה שמשכילי וילנה היו מסורתיים ובעלי תפיסה עצמית יהודית, הקדימו לטפח את השפה העברית ויצרו קרקע נוחה לאתוס הלאומי-ציוני במקביל להנחלת רעיונות הנאורות.
בעשרות השנים הראשונות של המאה ה-19 חוותה יהדות וילנה גידול אוכלוסין מהיר מאוד, העיור היהודי היה מהיר יותר מזה של האוכלוסייה הכללית והמאזן הדמוגרפי השתנה ונטה לטובת היהודים, אלו שכבר קודם לכן היו המיעוט האתני הגדול ביותר בליטא, הפכו בעשרות שנים אלו לרוב בקרב אוכלוסיית וילנה. ב-1832 נמנו בעיר 20,706 יהודים ו-15,216 נוצרים.
בסוף שנות ה-20 וה-30 של המאה ה-19 העיקה על יהודי וילנה גזירת הקנטוניסטים, חוק הגיוס משנת 1827 שכלל גיוס ילדים לפרקי זמן של עשרות שנים עד בגרותם, פגע לא רק ביהודים, אך בשל המרכיב העיקרי שלו: התערות מיעוטים באוכלוסייה הכללית כדי לחזק את האוטוקרטיה של ניקולאי הראשון, היו היהודים מיעוט גדול ונוח לפגיעה. רק בימי ניקולאי הראשון גויסו בשיטה זו 50,000 ילדים יהודים. וילנה כקהילה עירונית נפגעה מאוד בגיוסים אלו, שגם פגעו במרקם החברתי של הקהילה בשל העובדה שבעלי ממון ושררה הצליחו בדרך כלל לחלץ את ילדיהם מגיוס באמצעות שוחד והמכסה התמלאה בילדים מהמעמדות הנמוכים, עניים ויתומים. אם לא די בכך, הכירה הממשלה ב-1836 בדרישת תושבי וילנה הנוצרים לאסור על יהודים להיבחר כחברי מועצת העיר למרות היותם רוב באוכלוסיית העיר, וב-1844 ביטלה את קיומו של מוסד "הקהל", הגוף השלטוני האוטונומי של יהדות וילנה.
בתקופה זו שאף השלטון המרכזי של האימפריה הרוסית לרוסיפיקציה של העמים השונים באימפריה, משכילי וילנה ראו במגמה זו הזדמנות לשינוי סדרי החינוך היהודי הישן והקניית תרבות עדכנית להמון היהודי ושיתפו פעולה עם מהלכי הממשלה, אף שלא תמיד שירתו מהלכי הממשלה את שאיפות המשכילים. בהתאם למגמה זו הוקם בווילנה באמצע המאה בסיוע ממשלתי בית המדרש לרבנים שזכה בראשית דרכו לתמיכה של חלק מהרבנים, בהמשך נכשל ונעשה ללעג וקלס הן בקרב האדוקים שראו בו סמינר רפורמי והן בקרב החוגים החילוניים שראו בו בית יוצר ל"רבנים מטעם", ומוסד שאין בו חפץ בקהילה נאורה. ב-1873 הפך המוסד לבית מדרש למורים ובמאה ה-19 היה מעוז לפעילות סוציאליסטית. פעילות הממשלה לרוסיפיקציה של היהודים המשיכה כל העת, וב-1850 התקבלה בסנקט פטרבורג גזרת הלבוש, החוק שאסר על הגברים היהודים להתהלך בביגוד הארוך האופייני להם ובפאות, ועל הנשים היהודיות לכסות את ראשן בפאה נכרית.
אלכסנדר השני ביטל עם עלותו לשלטון (1855) את חוק הגיוס לאחר כמעט 30 שנה שבהן היה בתוקף, והעניק הקלות נוספות לאוכלוסייה היהודית, אך לאחר מרד ינואר 1863, הכבידה הממשלה את ידה על האוכלוסייה הפולנית בכלל והאיצה בתהליכי הרוסיפיקציה. המומר יעקב ברופמן כתב והפיץ את "ספר הקהל" שבו טען שביטול "הקהל" הווילנאי בידי הממשלה נעשה רק להלכה ולא למעשה, לדבריו קיימו היהודים את המוסד וניהלו למעשה מדינה בתוך מדינה, הספר היה נפוץ בקרב משכילים ופקידי ממשל רוסים, שראו בו ספר הדרכה על היהדות ועל התלמוד. מערכת שתדלנות שהפעיל המדינאי והעסקן הווילנאי, רבי יעקב בריט, ששימש גם ראש ישיבה והתמסר לפעילות פוליטית ומדינית מול דרגי השלטון בסנקט פטרבורג, נחלה הצלחות בודדות בלבד, בעיקר במערכה נגד האנטישמיות. הקהילה ויהודיה היו עניים מאוד בתקופה זו בשל חוקים רבים שהגבילו את היהודים, אך פרחו בה לימודי התורה וחוגי הספרות והאמנות (העיר הייתה מרכז חשוב לספרות עברית ולספרות יידיש), ותססו בה תנועות חברתיות שהתגבשו לכדי מפלגות וארגונים מוכרזים לקראת סוף המאה.
החל ממחצית המאה הייתה וילנה לבירת הספרות העברית, התקבצו אליה סופרים ואינטלקטואלים יהודים חילונים רבים, חלקם הודות לאוניברסיטה הפולנית בעיר שאימצה מדיניות נוחה ליהודים בתקופה שבה אוניברסיטאות רבות באירופה הדירו את רגליהם. פריחה זו הועבה בעשרים השנים האחרונות של המאה, עם תחילת תקופת הראקציה בעקבות רצח הצאר הרוסי אלכסנדר השני וגל האנטישמיות. באזור וילנה היה התועמלן הבכיר שהסית את הכפריים ופשוטי העם לפרעות ביהודים, כומר אנטישמי בשם איפוליט לוטוסטאנסקי . התערבותו של הברון הוראצי גינצבורג שביקש את הגנת הצאר החדש אלכסנדר השלישי, הביאה להקמת ועדות בפלכים השונים של האימפריה הרוסית לטיפול ב"בעיית היהודים". למעשה הוכתבה עבודת הוועדות מראש בידי שר הפנים החדש ניקולאי איגנאטייב שאימץ קו אנטישמי. יהדות וילנה שלחה מטעמה לוועד הפעולה בסנקט פטרבורג את הרב אליהו אליעזר גרודזינסקי, החוקר ר' מתתיהו שטראשון והבלשן-הסופר יהושע שטיינברג, אך המשלחת כולה נתקלה ביחס צונן בבירת האימפריה וחזרה כלעומת שבאה. המתיחות בערב השנה העברית החדשה ה'תרמ"ב הגיעה לכדי כך שבהוראת רבני העיר נאסרה ההליכה לנהר לקיום מנהג ה"תשליך" ביום השני של ראש השנה מחשש לחיי היוצאים. מסקנות וועדות הפלך, אף שהמליצו על ביטול תחום המושב, אימצו תפיסות אנטישמיות באשר לאפשרות שהיהודים יקדישו את כשרונותיהם למען המולדת וקראו להטלת הגבלות על רכישת קרקעות בידי יהודים ועל עיסוק היהודים במכירת משקאות חריפים.
המושל הכללי (גנרל־גוברנטור) של וילנה, הגנרל אדוארד טוטלבן כתב אף הוא חוות דעת שלילית על אופי היהודים, אך בפועל נערך כיאות ומנע את התפשטות הפרעות (הסופות בנגב) מדרום-מערב האימפריה לאזור וילנה. בתקופת ההמתנה המתוחה, הכינו היהודים אמצעי הגנה עצמית ורבים מתושבי העיר היהודים, בעיקר בעלי יכולת כלכלית גבוהה, עזבו בתקופה זו את המדינה ורבים מהם היגרו לארצות הברית. הגנרל־גוברנטור הבא, איוואן קחאנוב , יישם את רעיונות הרוסיפיקציה בכפייה בנוקשות יתר והכביד את ידו על יהדות וילנה. בסוף 1892 התפטר ובמקומו מונה פיוטר אורז'בסקי שהיה אף הוא אנטישמי ונהג ביד קשה ביהודי העיר. המושל הכללי האחרון שפעל בעיר במאה ה-19, היה ויטאלי טרוצקי (Witalij Nikołajewicz Trocki) שעזב את העיר ב-1901, הוא היה הוגן ליהודי העיר וזכה להערכתם. האוכלוסייה הפולנית אף היא הלכה והקצינה את ביטויי האנטישמיות והשקט בעיר נשמר מתוח בעזרת המשטרה, המשטרה התערבה גם בגילויי הסתה במרחב הציבורי וכנראה השתתפה בהסרת מיצג אנטישמי שהציג צייר מקומי בחלונות הראווה של חנויות ברחובות הראשיים.
גם בתחום המעורבות המוניציפלית חלה נסיגה במעמד יהודי העיר לקראת סוף המאה, ב-1873 הוגבל מספר היהודים שיכלו להיבחר כחברי מועצת העיר לכדי שליש ממספרם הכולל של חברי המועצה, זאת למרות חלקם היחסי באוכלוסייה שהיה גבוה הרבה יותר. ראש העיר חייב היה להיות נוצרי, אך יהודים הורשו להשתתף בבחירתו. ואולם ב-1892 הצרה הממשלה עוד את מעמד היהודים, לפי ההוראה החדשה נאסר על יהודים להיבחר למועצות הערים והנהלותיהן, הנציגות היהודית בגופים אלו לא בוטלה אלא הפכה לממונה מטעם השלטונות והוטלה עליה מגבלת מקסימום של עד 10% מכלל חברי המועצה. בסוף המאה, היו ארבעה יהודים ממונים במועצת עיריית וילנה: אהרן הירשוביץ', שמואל לוין, אהרן ליפץ והעסקן הוותיק שפטל קלצ'קו. מספר הממונים הוגדל לשישה בראשית המאה ה-20.
אסון בולט שאירע בקהילה היהודית בווילנה באוגוסט 1893, התרחש באירוע גשם חד-פעמי חזק שהציף את העיר וגרם לשיטפונות במקומות הנמוכים. 18 יהודים עניים שגרו בקומות נמוכות מפני הקרקע, 16 מהם באותו בניין, בקרן הרחובות ז'מודסקי-לידסקי-זבולנויה, טבעו למוות באסון זה.
המאה ה-20.