ב-18 ביוני 1881, שלוש שנים לאחר שהשתלטה על בוסניה והרצגובינה, קיבלה האימפריה האוסטרו-הונגרית הכרה גרמנית ורוסית בסיפוח חבל ארץ זה, עם הקמתה מחדש של ברית שלושת הקיסרים. אולם, עם עלייתו לשלטון של ניקולאי השני, קיסר רוסיה, חזרה בה רוסיה מן ההסכם והודיעה בשנת 1897 כי יש מקום לבחון מחדש את סיפוח בוסניה במועד עתידי שלא צוין.
בתחילת המאה ה-20 החלו אירועים חיצוניים להשפיע על יחסיה של בוסניה והרצגובינה עם האימפריה האוסטרו-הונגרית. ב-10 ביוני 1903 התחוללה בסרביה הפיכה עקובה מדם, אשר העלתה לשלטון בבלגרד ממשל קיצוני אנטי-אוסטרי. לאחר אירוע זה החלו ניסיונות סרביים לעורר מרד בשלטון, תוך תמיכה במדינה סלאבית מאוחדת בדרום בוסניה והרצגובינה אשר תהיה תחת שלטון בלגרד. המהלך זכה לתמיכה מועטה באוכלוסייה ועיקר התומכים בו היו מן המיעוט הנוצרי אורתודוקסי. המרד שפרץ באימפריה העות'מאנית בשנת 1908 העלה חששות כי השלטון באיסטנבול מנסה לשוב ולשלוט בבוסניה והרצגובינה. אירועים אלה גרמו לשלטונות האוסטרו-הונגריים לחפש במרץ אחר פתרון של קבע לשאלת בוסניה.
ב-2 ביולי 1908 בתשובה לתביעה אוסטרו-הונגרית, הציע שר החוץ הרוסי אלכסנדר איזוולסקי (ברוסית: Александр Петрович Извольский) לתמוך בסיפוח בוסניה בתמורה לתמיכתה של וינה במאמצי רוסיה לזכות בגישה של הצי הרוסי לים התיכון דרך הדרדנלים. לאור התמיכה הרוסית, לראשונה מזה 11 שנים, בסיפוח בוסניה, פרסמו שלטונות אוסטרו-הונגריה ללא תאום מראש עם הרוסים, ב-6 באוקטובר 1908, הכרזה על סיפוח בוסניה והרצגובינה. התגובה הבינלאומית החריפה להכרזה זו גרמה לתחילת משבר בוסניה. מאמץ רוסי נגד הסיפוח כשל לאחר שבריטניה וצרפת סירבו לתמוך בו, משכך הרוסים ומדינת החסות שלהם סרביה, נאלצו להכיר בסיפוחה של בוסניה והרצגובינה לאימפריה האוסטרו-הונגרית במרץ 1909.
המתחים המדיניים באזור הגיעו לשיא ב-28 ביוני 1914 כאשר גברילו פרינציפ, חבר בקבוצת היד השחורה, רצח את יורש העצר האוסטרו-הונגרי הארכידוכס פרנץ פרדיננד ורעייתו בסרייבו. אירוע זה היה הניצוץ שהצית את מלחמת העולם הראשונה. אף שבין הכוחות הלוחמים של מדינות שונות היו אף בוסנים, בוסניה והרצגובינה כמעט ולא ידעה נזקים ישירים מן המלחמה הגדולה.
ממלכת יוגוסלביה.
בעקבות מלחמת העולם הראשונה שולבה בוסניה במדינת הסלובנים, הקרואטים והסרבים (שהצטרפה מאוחר יותר לסרביה). החיים בבוסניה והרצגובינה הושפעו משני גורמים עיקריים: המצב הסוציו-אקונומי והמצב הפוליטי. הממשלות והקואליציות ביוגוסלביה התחלפו בצורה תכופה יותר ויותר. המאבקים הפוליטיים העיקריים היו בין הקרואטים שרצו פיזור ממשלות וסמכויות לאזורים השונים לבין הריכוזיות של הסרבים. במהלך תקופה זו חולקה בוסניה והרצגובינה ל-33 מחוזות שנקראים אובלאסטה (Oblast) על פי אזורים גאוגרפיים. חלוקה זו החליפה את החלוקה הישנה לששת המחוזות.
ייסוד ממלכת יוגוסלביה ב-1929, חילק מחדש את בוסניה והרצגובינה למספר אזורים על פי מוצא אתני והיסטורי, עקב זאת הזהות הבוסנית המאוחדת התפרקה. המתיחות הסרבית-קרואטית על מבנה יוגוסלביה לא הביאה בחשבון את מצב בוסניה והרצגובינה. הסכם צווטקוביץ'-מאצ'ק (Cvetković-Maček), שהוליד את מדינת קרואטיה ב-1939, מיקם את בוסניה והרצגובינה בין סרביה לבין קרואטיה. יוגוסלביה נכבשה לבסוף על ידי הצבא הגרמני ב-6 באפריל 1941.
מלחמת העולם השנייה.
כאשר ממלכת יוגוסלביה נכבשה על ידי הכוחות הגרמנים במלחמת העולם השנייה, כל בוסניה הועברה לשלטון מדינת קרואטיה שהייתה בובה נאצית (כמו צרפת של וישי).
השלטון הנאצי בבוסניה הוביל רדיפות ורציחות, ומאוחר יותר השמדה כללית של האוכלוסייה היהודית. מדינת הבובה הקרואטית התנכלה גם לאוכלוסייה הסרבית המקומית. בעקבות זאת סרבים רבים הצטרפו לצ'אטניקים, ארגון מורדים סרבי מלוכני שנלחם מלחמת גרילה נגד כוחות הכיבוש. אנשי הארגון ביצעו גם רציחות, בעיקר נגד אזרחים מוסלמים בוסניאקים שהיו תחת אזור שלטונם.
בתחילת 1941, יוגוסלביה הקומוניסטית תחת שלטונו של יוסיפ ברוז טיטו ארגנה קבוצות התנגדות רב-אתניות, שנקראו הפרטיזנים, שנלחמו נגד כוחות הציר והפרטיזנים המלוכנים (הצ'טניקים). ב-25 בנובמבר 1943 המועצה האנטי פשיסטית לשחרור יוגוסלביה החליטה בוועידה ביאיצה לייסד מחדש את בוסניה והרצגובינה כרפובליקה בתוך יוגוסלביה בגבולות שנקבעו על ידי העות'ומנים במאה ה-19 (באופן רשמי, בוסניה והרצגובינה הוקמה רק ב-1946 לאחר כתיבת החוקה שהפכה את בוסניה והרצגובינה באופן רשמי לאחת משש הרפובליקות שהרכיבו את המדינה החדשה). בסוף מלחמת העולם השנייה הוקמה הרפובליקה הפדרלית העממית של יוגוסלביה שאיגדה בפדרציה את המדינות מקדוניה, מונטנגרו, סרביה, בוסניה והרצגובינה, קרואטיה וסלובניה. ב-1963 הפדרציה שינתה את שמה לרפובליקה הפדרלית הסוציאליסטית של יוגוסלביה.
יוגוסלביה ה"עממית" וה"סוציאליסטית".
בזמן תקופת המשטר הקומוניסטי הייתה בוסניה והרצוגבינה מדינה במסגרת פדרציה של יוגוסלביה. בשל מיקומה של בוסניה בלב הפדרציה, היא נבחרה לשמש כמרכז פיתוח תעשיית הביטחון הצבאית. הדבר גרם לריכוז גדול של נשק ואנשי צבא בבוסניה. במשך רוב התקופה היוגוסלבית, בוסניה הייתה מדינה שלווה ומשגשגת מאוד, עם תעסוקה גבוהה, כלכלה תעשייתית ויצואנית חזקה, עם מערכת חינוך טובה וביטחון חברתי ורפואי לכל אזרח. החל משנות ה-60 וה-70 מספר חברות בינלאומיות כגון פולקסווגן, מרלבורו, הולידיי אין וקוקה-קולה הקימו מפעלים במדינה. בשנת 1984 העיר סרייבו אירחה את אולימפיאדת החורף.
בשנות החמישים, השישים והשבעים החלה בבוסניה עלייה של אליטה פוליטית, המורכבת מפוליטיקאים שעבדו עם המערכת הסוציאליסטית, אך הגנו על הריבונות הבוסנית. שאיפותיהם נעשו רלוונטית בסערה הפוליטית של שנות השמונים, לאחר מותו של טיטו, וכיום הם נחשבים כמבשרי העצמאות הבוסנית. ברם, הרפבוליקה לא יכלה להימנע מעליית הלאומנות שאפיינה את התקופה, כאשר עם נפילת הקומוניזם ופירוק יוגוסלביה התערערה דוקטרינת הסובלנות שאפיינה משטר זה.
מלחמת בוסניה.
בשנת 1990 נערכו בבוסניה בחירות רב מפלגתיות ראשונות, בהן השלטון הקומוניסטי הוחלף בקואליציה של מפלגות המייצגות את שלוש העדות במדינה - הבוסניאקים, הסרבים, והקרואטים. הפדרציה היוגוסלבית דה־פקטו חדלה מלהתקיים לאחר הכרזות העצמאות של קרואטיה וסלובניה. הכרזות אלה גררו וויכוח ציבורי בדבר עתיד בוסניה והרצגובינה. רוב התושבים הסרבים צידדו בהישארות ביוגוסלביה, בעוד שמרבית הבוסניאקים והקרואטים תמכו בעצמאות מלאה.
הקואליציה הרב־לאומית שרדה שנה בלבד, כאשר ב־24 באוקטובר 1991 חברי הפרלמנט הסרבים, רובם מהמפלגה הדמוקרטית הסרבית, נטשו את בניין הפרלמנט בסרייבו, והקימו את אספת העם הסרבי בבוסניה והרצגובינה. אספה זו הכריזה ב־9 בינואר 1992 על הקמתה של "הרפובליקה הסרבית של בוסניה והרצגובינה". באוגוסט של אותה שנה שם הישות השתנה ל־"רפובליקה סרפסקה".
בנובמבר 1991, הענף הבוסני של מפלגת "האיחוד הדמוקרטי הקרואטי" (HDZ) ששלטה בקרואטיה באותו זמן הכריז על הקמת הקהילה הקרואטית של הרצג-בוסניה, כחלק נפרד מהטריטוריה של בוסניה והרצגובינה, כאשר הענף הצבאי של ישות זו נקרא "מועצת ההגנה הקרואטית". הקהילה לא זכתה להכרה מהממשלה הבוסנית, שהכריזה עליה כבלתי חוקית.
בין ה־29 בפברואר ל־1 במרץ 1992 התקיים בבוסניה משאל עם לגבי עצמאות המדינה. רוב הסרבים המתגוררים בבוסניה החרימו את המשאל, שלווה באירועי אלימות מצדם, בהם נהרגו שלושה אזרחים. אחוז ההצבעה היה 63.4, כאשר 99.7 אחוז מהמצביעים תמכו בעצמאות. בוסניה והרצגובינה הכריזה עצמאות ב־3 במרץ 1992, קיבלה הכרה בינלאומית מהקהילה האירופית ב-6 באפריל, והתקבלה כחברה באומות המאוחדות ב־22 במאי. במרץ 1991 התקיימו שיחות בין מנהיג סרביה סלובודן מילושביץ' לבין מנהיג קרואטיה פרניו טוג'מן בדבר חלוקת הטריטוריה הבוסנית בין מדינותיהם.
לאחר הכרזת העצמאות, החלו מיליציות מקומיות של תושבים סרבים להתארגן במדינה. התקפות אלה נחלו הצלחה, שכן הממשל הבוסני סבל ממחסור בציוד, ולא היה מוכן למלחמה. בעקבות ההכרה הבינלאומית בעצמאות בוסניה, החל לחץ דיפלומטי על הצבא העממי היוגוסלבי לעזוב את המדינה, מה שנעשה באופן רשמי ביוני 1992. ברם, חיילי הצבא הסרבים שהתגוררו בבוסניה המשיכו לפעול תחת השם "צבא רפובליקה סרפסקה". קבוצה זו השתמשה בשאריות הציוד של הצבא היוגוסלבי, שנותרו בבוסניה. כמו כן הגיעו אליהם קבוצות של מתנדבים מסרביה, וגם סיוע הומניטרי, לוגיסטי וכספי מהרפובליקה הפדרלית של יוגוסלביה. בדרך זו, כוחתיה של רפובליקה סרפסקה הצליחו להשיג שליטה על רוב שטח המדינה בשנת 1992. התקדמות זו לוותה בטיהור אתני של בוסניאקים וקרואטים בוסנים, שכלל הקמת מחנות ריכוז, בהם התבצעו מעשי התעללות, אלימות ואונס כנגד אסירים. שיאו של הטיהור האתני היה בטבח סרברניצה ביולי 1995, בו נרצחו כ־8000 מוסלמים בוסניאקים. הטבח הוגדר בידי בית הדין הפלילי הבינלאומי ליוגוסלביה לשעבר כרצח עם. כמו כן, צבא רפובליקה סרפסקה קיים מצור על עיר הבירה סרייבו, שנמשך כמעט 4 שנים, בין 1992 ל־1995, והיה המצור הארוך ביותר בתולדות הלוחמה המודרנית - נמשך פי 3 יותר מהקרב על סטלינגרד. לאחר המצור מרבית סרייבו נותרה הרוסה, כאשר שיקומה הסתיים רק בשנת 2003.