3 июня 1918 года был издан декрет Совета народных комиссаров (Совнарком) о национализации Третьяковской галереи и передаче в ее введение Народного комиссариата просвещения (Наркомпрос). В текст декрета, утвержденного на заседании Совнаркома 31 мая 1918 года, В.И.Ленин внес поправку, вписав в название «Московская городская художественная галерея П. и С.М. Третьяковых» слово «имени». Возможно именно это позволило Галерее сохранить название «Третьяковская», хотя остальные коллекции, ставшие музеями, со временем потеряли в названии имя основателя и владельца.
17 июня 1918 года, по предложению Всероссийской коллегии по делам музеев и охраны памятников искусства и старины, народный комиссар просвещения А.В.Луначарский назначил директором Галереи И.Э.Грабаря, который продолжил деятельность по переустройству экспозиции и хранения. При его активном участии в том же 1918 году началось формирование Национального (с 1923 года – Государственного) музейного фонда, в хранилища которого поступали ценности, собранные в результате национализации, конфискации, реквизиции и т.д. Через фонд в Третьяковскую галерею пришли как отдельные произведения, так и целые собрания, например собрания С.А.Щербатова, П.И. и В.А.Харитоненко, художественные коллекции из родовых подмосковных усадеб Шереметевых, Орловых-Давыдовых и других.

Частные коллекции поступали в Галерею и непосредственно, минуя музейный фонд. Так были приняты на хранение картины и рисунки из собраний Е.В.Борисовой-Мусатовой, А.П.Боткиной, В.О.Гиршмана, М.П.Рябушинского и т.д.
По декрету «О музейной сети» от 1924 года, принятому с целью концентрации музейных собраний, Галерея передала принадлежавшие ей картины иностранных художников в музеи западного искусства. Одновременно к Галерее были присоединены на правах филиалов несколько выдающихся московских музейных собраний русской живописи – Цветковская галерея, Музей иконописи и живописи имени И.С.Остроухова и Музей живописной культуры. Фонды Цветковской галереи в значительной степени пополнили третьяковскую коллекцию рисунков и акварелей, из собрания И.С.Остроухова поступили уникальные памятники древнерусской живописи, а поступления из Музея живописной культуры пополнили Галерею работами мастеров русского авангарда – К.С.Малевича, В.В.Кандинского, В.Е.Татлина и других.
Во второй половине 1920-х годов филиалы были расформированы, а их коллекции оказались растворены в основном собрании Галереи. В 1925 году в Третьяковскую галерею поступило ценное собрание русской живописи из Румянцевского музея, основу которого составляли две знаменитые коллекции – Ф.И.Прянишникова и К.Т.Солдатенкова. Тогда же состоялась передача художественного наследия Александра Иванова – картины «Явление Христа народу», этюдов и рисунков к ней. В 1932 году после оборудования специального зала она была включена в экспозицию Галереи.
В конце 1920-х годов формировался отдел новейшей живописи. Галерея стала комплектоваться работами художников, входящих в ведущие творческие объединения, в том числе в Ассоциацию художников революционной России (АХРР), в Общество станковистов (ОСТ), в Московское товарищество художников (МТХ) и другие.
К 1920-м годам следует отнести начало выставочной деятельности Галереи, в это время создавались временные экспозиции. На протяжении десятилетия было организовано более двадцати выставок. Это были выставки-отчеты, например выставка «Новые приобретения» (1919), и выставки-исследования, как экспозиция «У истоков русской живописи» (1925). Но, как правило, выставки были посвящены творчеству отдельных художников – К.А.Сомова (1919), Д.Г.Левицкого (1922), Ф.С.Рокотова (1923), И.Е.Репина (1924), В.Д.Поленова (1924), И.С.Остроухова (1925), В.И.Сурикова (1927) и других.
Выставки пользовались большим успехом, но не решали проблему переустройства музея. Рост фондов требовал площадей для их размещения. Многие экспозиционные залы были отданы под запасники. Значительная часть произведений оставалась недоступной не только для изучения, но и для учета и инвентаризации. В Галерее скопилось около 15 тысяч вещей, многие из которых не были окончательно закреплены за музеем.

В начале 1926 года произошла смена руководства Третьяковской галереи: директором был назначен известный архитектор, академик А.В.Щусев. Предстояло составить перечень принадлежащих Галерее произведений, осуществить техническое обновление и, прежде всего, добиться расширения экспозиционных площадей. Еще в октябре 1925 года было опубликовано постановление Всероссийского центрального исполнительного комитета (ВЦИК) о постройке нового здания и сооружении временной пристройки к уже существующему. Однако в то время это оказалось невыполнимой задачей. А.В.Щусев и сменивший его на посту в 1928 году художник и видный партийный деятель М.П.Кристи приложили немало усилий по реконструкции музея.
В 1927 году к Галерее был присоединен смежный дом по Малому Толмачевскому переулку (бывший дом Соколикова). После ремонта в нем разместились администрация, научные отделы, библиотека, архив, фонды графики. В 1928 году были переоборудованы системы отопления и вентиляции, а в 1929 году проведено электричество. На повестку дня остро встал вопрос о воссоздании экспозиции, так как многочисленные дополнения, случайные перевески, закрытие залов для устройства в них запасников и т.д. во многом изменили ее облик.
Проект экспозиции 1928 года восстанавливал концепцию развески картин И.Э.Грабаря: строгая хронологическая последовательность и сосредоточение в одном месте произведений конкретного художника или направления. В экспозиции впервые, в таком объеме и разнообразии было представлено искусство конца XIX – первой четверти XX веков. Отдельные помещения или стены отводились под развеску произведений И.И.Левитана, К.А.Коровина, В.А.Серова, М.А.Врубеля, Ф.А.Малявина, К.А.Сомова. Несколько залов было отдано для экспонирования произведений художников предреволюционных «левых» направлений и мастеров, принадлежавших к современным творческим группировкам. Существенным недостатком этой экспозиции являлось исключение из нее памятников древнерусского искусства.
Уже в процессе формирования экспозиция 1928 года подверглась критике за несоответствие марксистско-ленинской методологии и не была завершена. Постановления партии и правительства тех лет отражают новое направление в деятельности музеев – исключительное внимание к организации массовой пропаганды при одновременном снижении внимания к научно-исследовательской и фондовой работе. Постановлением Наркомпроса от 27 августа 1929 года при музеях были созданы общественно-политические советы. Музеи «мобилизовались» для участия во всех политических кампаниях в стране, на пропаганду индустриализации, коллективизации, нового социалистического быта. В рамках этой работы в Галерее проходят выставки – «Антиалкогольная» (1929), «Красная Армия в советском искусстве» (1930), «Плакат на службе пятилетки» (1932) и т.п

Началом концептуальной перестройки экспозиции принято считать выставки 1930 года – «Выставка произведений революционной и советской тематики» и «Опытная комплексная марксистская экспозиция по искусству XVIII – первой половины XIX веков». Первая из них должна была стать смотром современных, идеологически выверенных произведений и положить начало их комплектованию. Вторая была приурочена к проведению 1–6 декабря 1930 года Первого всероссийского музейного съезда, а ее «опыт» авторы предполагали учесть при создании генеральной реэкспозиции Галереи, считая это «делом крайне сложным». Устроители выставки, под руководством Н.Н.Коваленской, вынуждены были отказаться от традиционного историко-монографического показа художественного материала и построить экспозицию по социально-экономическим формациям. Наряду с произведениями живописи, скульптуры, графики в комплексе были представлены предметы быта, фотоснимки, подробный этикетаж. «Марксистская экспозиция» не была принята ни партийным руководством, ни широким зрителем. С 1935 года Третьяковская галерея вернулась к прежнему историко-монографическому построению экспозиции.

В 1930-е годы комплектование собрания Галереи происходило главным образом за счет пополнения разделов древнерусского и советского искусства. С присоединением в 1934 году Центральных государственных реставрационных мастерских в Галерею вошел богатейший фонд икон, собранный Комиссией по сохранению и раскрытию памятников древней живописи из упраздненных церквей, монастырей и т.д. Отдел советского искусства был организован в 1931 году, а в 1933 году решением Наркомпроса в Галерею были переданы произведения с юбилейных выставок «Художники РСФСР за 15 лет» и «15 лет РККА», в числе которых находились работы А.А.Дейнеки, П.Д.Корина, П.П.Кончаловского, М.В.Нестерова, И.И.Машкова и других художников. В то же время Галерея приступила к собиранию искусства народов СССР. Она получила право преимущественного отбора картин и скульптур с большинства выставок и конкурсов. В залах Галереи постепенно сосредоточивается «золотой фонд» произведений социалистического реализма.
В 1930-е годы в Галерее получила дальнейшее развитие выставочная деятельность: прошли юбилейные выставки-монографии произведений В.Г.Перова (1934), В.А.Серова (1935), И.Е.Репина (1936), В.И.Сурикова и И.Н.Крамского (1937), И.И.Левитана (1938), О.А.Кипренского (1939). Были организованы тематические выставки – к 100-летию гибели А.С.Пушкина и экспозиция «Русская историческая живопись» (1939), а незадолго до начала войны в 1941 году состоялась выставка «Лучшие произведения советских художников».
В 1935 году Совнарком принял постановление об ассигновании средств на продолжение реконструкции помещений Галереи и проектирование нового здания. В 1936 году было завершено строительство двухэтажного корпуса по проекту А.В.Щусева. Просторные залы этого корпуса (четыре – в верхнем этаже и четыре – в нижнем) использовались для размещения выставок, а с 1940 года были включены в основной маршрут экспозиции.