הדונבאס הועבר לשליטת הרפובליקה הסובייטית הסוציאליסטית האוקראינית לאחר מלחמת האזרחים ברוסיה. האוקראינים שחיו בדונבאס סבלו רבות מההולודומור שהונהג על ידי שליט ברית המועצות באותה תקופה, יוסיף סטלין, על מנת לשבור את רוחם של האוקראינים. במלחמת העולם השנייה סבל האזור ממחסור ומעוני. המלחמה גרמה להארכת יום העבודה ולמעצרם של פועלים שלא עמדו בסטנדרטים הגבוהים. גרמניה הנאצית ראתה במשאבים בדונבאס חיוניים ביותר למבצע ברברוסה, לכן הדונבאס סבל מהכיבוש הנאצי בשנים 1941–1942. אלפי עובדי תעשייה יוצאו בכפייה לגרמניה. בשנת 1943 מתקפה של הצבא האדום החזירה את הדונבאס לשליטה סובייטית. תוצאות המלחמה בדונבאס היו הרס עצום ועזיבת האזור. לאחר מלחמת העולם השנייה החלו בשחזור הדונבאס, כמויות גדולות של עובדים רוסים הובאו לעבוד ולאכלס את האזור, ושינו את המאזן הדמוגרפי. בשנת 1926 חיו בדונבאס 630 אלף רוסים, ואילו בשנת 1959 הגיע המספר ל-2.5 מיליון רוסים שחיו באזור. בנוסף, רפורמות חינוכיות בשנת 1958 הביאו לחיסול החינוך האוקראיני. מפקד אוכלוסין שנערך בשנת 1989 העלה כי 45% מתושבי הדונבאס היו רוסים.