Byen fortsatte å vokse sterkt, særlig i perioden 1817–59 da Odesa var frihavn, og dens betydning tiltok ytterligere i 1866 ved ferdigstillingen av jernbanen til Kyiv og Kharkiv. I 1852 hadde byen innbyggere, og i 1900 var det . Særlig påtagelig ble den store befolkningen av fattige arbeidere. I samband med Den russiske revolusjon i 1905 utbrøt voldsomme kamper i Odesa, og befolkningen gikk ned med . Men i 1912 var den igjen økt, til .