בשנים 1918-1920, סבלה העיר מהתנגשויות בין המשמר הלאומי הגאורגי לבין איכרים אוסטים מורדים פרו-בולשביקים, כאשר גאורגיה נהנתה מתקופת עצמאות קצרה מרוסיה. עם פלישת הצבא האדום לגאורגיה במרץ 1921, ושנה מאוחר יותר, בשנת 1922, הפכה צחינוואלי לעיר ולבירת הפרובינציה האוטונומית של דרום אוסטיה בתוך גאורגיה הסובייטית. לאחר מכן, הפכה העיר מאוכלסת בעיקרה באוסטים בעקבות עיור נמרץ, וקורניזציה (коренизация, מילולית: השרשה), המדיניות הסובייטית של ביסוס השורשים הלאומיים, שהביאה לזרימה של אוסטים מהאזורים הכפריים השכנים לצחינוואלי. ביסודו של דבר הפכה העיר למרכז תעשייתי, עם מפעלים לניסור עץ ומבנים של בתי חרושת, וכן גם מספר מוסדות תרבותיים ומוסדות השכלה כגון: "המוסד הפדגוגי" (כיום "אוניברסיטת צחינוואלי") ותיאטרון דרמה. על פי המפקד הסובייטי האחרון, בשנת 1989, התגוררו בצחינוואלי 42,934 איש.