A bolsevik forradalom után a városban 1918 februárjában alapozták meg a szovjethatalmat. A polgárháború idején 1918-1918-ban a régió a fehérek uralma alá került. Szemipalatyinszk a helyi közigazgatási egység központja maradt, amelyet 1928-ig kormányzóságnak, 1932-ig körzetnek, utána pedig területnek hívtak. 1930-ban a városon átvezették a Közép-Ázsiát Szibériával összekötő Turkesztáni-szibériai vasútvonalat. Az első ötéves terv keretében felépült az akkori Szovjetunió egyik legnagyobb húsfeldogozó kombinátja. A második világháborúban 56 szemipalatyinszki kapta meg a Szovjetunió Hőse kitüntetést.