1866 fiel Palmanova schließlich an Italien. Im Ersten Weltkrieg war Palmanova wichtiger Stützpunkt der Italiener im Hinterland der Isonzofront; entsprechend wurden hier Lazarette und Truppenübungsplätze angelegt. Palmanova wurde am 30. Oktober 1917 im Zuge der zwölften Isonzoschlacht (Schlacht von Karfreit) von den Österreichern erobert und erlitt Zerstörungen durch Artilleriebeschuss. Heute erinnert ein Militärmuseum in der Stadt unter anderem an diese Zeit. 1960 wurde die Stadt zum Nationaldenkmal erklärt und 2017 in das UNESCO-Weltkulturerbe aufgenommen.