По-време на Руско–турската война от 1877 – 78 г. Бургас е използван от османската армия като логистичен център.Последните 2000 турски войници и 4 оръдия са натоварени на гемии в края на декември 1877 г.
В края на 1877 г. турската власт в Бургас почти не съществува.
За да защити българското население, и да осигури на руския флот достъп до бургаското пристанище (една от геополитическите цели на Русия и до днес) щабът на ХI армейски корпус сформира „летящ-отряд“ под командването на полк. Лермонтов. Той имал за задача да заеме позиции в Бургаския залив и да спре нахлуващите от север през Дюленския проход черкези и дезертирали турски войници.
На 6 февруари 1878 г. руските войски под командването на Лермонтов освобождават Бургас. По това време в него живеят около 2950 души, основно арменци, евреи, българи, гърци и гъркомани. Първият кмет на освободения град е Нико Попов, а негов помощник е Панайот Русалиев със секретари Мавруди Стойчев и учителя Стоян Шивачев. На бургаския бряг руските войски създават военна болница под ръководството на Александра Лермонтова, с което са положени основите на Бургаската болница.
След подписването на Берлинския договор 1878 г. става един от 6-те административни центрове на новосъздадената провинция Източна Румелия. По силата на Договора в града се завръща част от турското население. Решенията на общината се обявяват на български, гръцки и османски. Икономическото развитие привлича бежанци от Източна Тракия и Странджа планина, територии които остават под османска власт. През 1880 г. е открито читалище Пробуда, а на 20 юли 1885 г. в Бургас излиза с Бургаски вестник, който е първият местен седмичник.
През 1912 г. е разрушена джамията Челесис заде Мустафа (построена през 19 век). Тя е последната турска джамия в града и се е намирала в градинката на гарата (днес площад Царица Йоана), пред митницата и около нея се е намирало турското гробище. След нейното разрушаване остава само така наречената татарска джамия Азизе (издигната в чест на султан Абдул Азис/ в карето между площад Тройката и площад Баба Ганка. Тя е била с високо минаре, което е съборено през 1940-те. Татарската джамия е разрушена изцяло през 1970-те когато започва строежа на бургаския ЦУМ и днес Бургас е единствения голям български град без мюсюлмански храм.
