ヨーロッパでは1939年9月1日にドイツがポーランドに侵攻、第二次世界大戦が始まった。首相ロバート・メンジーズ (Robert Gordon Menzies) は第一次大戦時と同様、イギリスの参戦によって自動的にオーストラリアも戦争状態に入ったと表明。直ちにイギリス側に立って参戦することを決定し、まず中東・地中海沿岸に、次いで北アフリカ地域に志願兵を派遣した。1941年12月に日本軍が真珠湾攻撃を行うと、首相ジョン・カーティン (John Curtin) は日本に対する宣戦を布告した。日本軍はビルマ（現ミャンマー）やオランダ領東インドを次々に攻略し、殊に1942年2月15日のシンガポール陥落はオーストラリアに衝撃を与えた。本土の危機に直面したオーストラリアは、中東の兵を回収した。苦戦を強いられるイギリスはオーストラリアに満足な支援を行う余裕を持たず、失望したオーストラリア国民の間からは、アメリカを頼る声が高まった。1942年3月、フィリピンから脱出したダグラス・マッカーサーがオーストラリアに赴き、西南太平洋連合軍最高司令官として戦争を指揮した。1942年は、オーストラリアの対外政策の主軸がイギリスからアメリカに転換する画期となった。日本軍は1942年の2月から7月にかけてダーウィン、ブルーム、タウンズビルなど大陸北部の爆撃を繰り返し、5月には特殊潜航艇を用いてシドニー港を攻撃した。また、アメリカとオーストラリアの間のシーレーンを奪取し、オーストラリアと休戦に持ち込む米豪遮断作戦も発動されたが、ミッドウェイ海戦での敗北以後、次第に劣勢となった日本軍は「転進」を余儀なくされ、本土上陸が行われることはなかった(帝国海軍によってオーストラリア北岸地域の占領が計画されていた)。
労使対立や1890年代の金融恐慌などによる社会不安は、各植民地の連携を促進した。1890年2月にメルボルンで、1891年3月にはシドニーで、連邦憲法制定に向けた会議が開催された。同様の会議が各地で開催され、アメリカ型の連邦国家の建設が決定した。これに沿って憲法草案が作成された。1900年、イギリス議会はオーストラリア憲法令を可決し、翌1901年1月1日にオーストラリア連邦 (Commonwealth of Australia) が成立した。これによりオーストラリアは内政自治権を獲得したが、外交権はなおイギリスの手にあった。連邦成立以後のオーストラリアは主に労働党政権のもとで、貿易航海時の外国船使用の禁止と白人船員雇用の義務化、連邦関税の設定など保護主義的政策を採った。政府は鉄道網や道路網、電信網などほとんどの社会基盤整備を主導し、また連邦調停仲裁裁判所の設立、出産手当の創設、大土地主有の制限などもこの時期に実施された。労働党はこうした社会主義的政策で支持を集め、党勢を拡大した。これに対し、自由貿易派のジョージ・リード (George Reid) らは反社会主義を掲げ、労働党と対立した。
ユーリーカ砦の反乱は労働者の権利拡大に繋がり、オーストラリアにおける労働運動の原点ともいわれる。1856年には労働者が長時間労働への抵抗を試み、8時間労働制を勝ち取った。以後、各地で労働組合が組織され、低賃金労働の是正を求める争議がなされた。1890年代に至ると金融恐慌が発生し、主要銀行が次々と取引停止に追い込まれた。同時に羊毛や土地の暴落も起こり、さらに大旱魃に見舞われるなど、経済は混乱に陥った。労働環境の悪化は争議の頻発を招いたが、ほとんどは失敗し、労働組合は弱体化した。こうした現状を打破すべく、オーストラリア労働党 (Australian Labor Party) が結成された。連邦成立後の1904年には労使間の紛争調停のため、連邦調停仲裁裁判所が設立された。
地表近くの金の採取量が激減すると、岩石中に含まれる金の採取が始まった。このような形での採取は、個人の手作業ではもはや不可能であり、急速に採掘の機械化が進んだ。金採取を諦めた人々の多くは、農業を行おうにも大半の土地が既に占有されていたことから、都市に集まって職を求めた。彼らが低賃金労働に甘んじた結果、人件費が抑えられ、製造業の競争力は高まった。また、人口増加による住宅需要の高まりは不動産業の発展を促した。オーストラリアは、世界の主要市場から遠く離れていることや水が不足していることなどにより、経済はアメリカほど急速には発展してこなかった。入植初期にはアザラシの皮革や鯨肉、羊毛などの一次産品を輸出して、工業製品を輸入する構造が続いた。しかし羊毛価格の急落や旱魃で羊毛業が打撃を受けたのに対し、ゴールド・ラッシュ以降は金のみならず、鉛、亜鉛、銅などの鉱業が発展した。これを背景に、鉄道網や電信網などの産業基盤が整備された。第一次産業にも進展がみられた。ユージン・ニコル (Eugene Nicolle) らが冷凍装置を備えた輸送船を開発したことにより、食肉の輸出が盛んになった。また、ウィリアム・ファラー (William Farrer) は誘病と旱魃に強い小麦の開発に成功した。
国家としてサッカーリーガ・エスパニョーラのアトレティコ・マドリードのスポンサーになるなど政府はスポーツを重視している。オリンピックのアゼルバイジャン選手団はレスリングで23個のメダルをとっているほか、1996年以来、オリンピックで7つの金、25の銀そして43の銅メダルを獲得している。伝統的なスポーツであるレスリングは、アゼルバイジャンの国民スポーツと見なされている。そのほかアゼルバイジャンの伝統的なものとしてバックギャモン、チョフガン(カラバフ馬の背に乗って行う伝統的な馬術遊戯)、およびズールハーネがある。2010年代以降、政府は国際大会の誘致に熱心であり、2015年ヨーロッパ競技大会が開催され、2017年にイスラム連帯大会(Islamic Solidarity Games)が行われた。アゼルバイジャンは世界でもチェスが盛んな国の一つとして知られており、ヨーロッパ大会での女性銅メダリストも排出している。 2016年の第42回チェス・オリンピアードは首都バクーで開催された。バレーボールは国内で人気のスポーツのうちの１つであり、2014年のCEV女子チャレンジカップ(CEV Women's Challenge Cup)では優勝している。そのほかフットサルや体操に人気がある。1992年にプロサッカーとしてアゼルバイジャン・プレミアリーグが創設されて以来、サッカーの人気が高まっている。同リーグはUEFAに加盟しており、カラバフFK、ガバラFK、ネフチ・バクーといったチームがUEFAチャンピオンズリーグとUEFAヨーロッパリーグに繰り返し参加してきた。2019年のヨーロッパリーグの決勝戦はバクー・オリンピックスタジアムでの開催、2020年のUEFA EURO 2020のグループステージ、準々決勝の開催が誘致された。その他にも17歳未満の欧州選手権、FIFA U-17女子ワールドカップ2012、2010年欧州レスリング選手権、第25回欧州新体操選手権、2018年世界柔道選手権などの国際スポーツ大会が続々と開催されている。モータースポーツにおいても、2016年、バクー市街地コースでF1ヨーロッパグランプリを開催。2017年からはアゼルバイジャングランプリと名称を変更して開催される。