W dniach 21–24 września 1918 r. we Włocławku przebywał wizytator apostolski Achilles Ratti, późniejszy Ojciec Święty Pius XI. Krótkie spotkanie z księdzem wizytatorem odbyło się już 29 maja 1918 r., gdy zatrzymał się na stacji kolejowej we Włocławku w czasie podróży z Berlina do Warszawy. Podczas swej wizyty Achilles Ratti, 22 września, odprawił przy głównym ołtarzu katedry uroczystą sumę, a dwa dni później zwiedzał znajdujące się w niej pamiątki świadczące o świetlanej przeszłości Kościoła na Kujawach.

Walki prowadzone pod Włocławkiem w 1920 r. spowodowały uszkodzenia katedry. Około 10 pocisków trafiło w katedrę, z czego dwa przebiły ściany i eksplodowały w jej wnętrzu, uszkodzone były sklepienia, 10 kwater średniowiecznego witraża, ołtarz główny i stalle w prezbiterium, figura Matki Bożej z Dzieciątkiem nad wejściem głównym do katedry oraz mechanizm organów. Duże zniszczenia poczynione zostały także na dachach katedry, a zwłaszcza na dachu prezbiterium. Uszkodzenia te usunięto w latach 1920–1921.

W latach 1920–1924 alumnem Wyższego Seminarium Duchownego był Stefan Wyszyński, późniejszy Prymas Tysiąclecia. Po zakończeniu studiów filozoficzno-teologicznych święcenia kapłańskie, ze względu na chorobę, przyjął w dniu swych urodzin 3 sierpnia 1924 r. Święceń prezbiteratu w manierystycznej kaplicy Najświętszej Maryi Panny udzielił mu biskup pomocniczy Wojciech Stanisław Owczarek (1918–1938), tytularny biskup askalonitański. Po leczeniu w latach 1924–1925 i następnie w 1931 r. ksiądz Stefan Wyszyński był wikariuszem katedralnym.

Biskup Karol Mieczysław Radoński (1929–1951) w 1935 r. postanowił usunąć z katedry elementy pseudogotyckiego wystroju. Do dekoracji okien w zamknięciu prezbiterium biskup postanowił sprawić nowe witraże. Zadanie zaprojektowania witraży powierzono Józefowi Mehofferowi, rektorowi ASP w Krakowie. Zostały one wykonane w zakładzie Żeleńskiego w Krakowie. Witraż w oknie środkowym zamontowano w połowie sierpnia 1938 roku, natomiast w oknach bocznych zamknięcia kilka tygodni przed wybuchem II wojny światowej.

W związku ze zwiększającą się po zakończeniu II wojny światowej liczbą mieszkańców Włocławka, w dniu 22 lutego 1947 r. biskup Karol Mieczysław Radoński przy katedrze włocławskiej erygował parafię pod wezwaniem Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny.

Przed 1968 r. biskup Antoni Pawłowski (1951–1968) podjął myśl, aby zadośćuczynić nowym przepisom liturgicznym, zawartym w Konstytucji o liturgii Soboru Watykańskiego II i posoborowej instrukcji o czci Eucharystii. Zdecydowano wówczas, aby na kaplicę Najświętszego Sakramentu przeznaczyć jedno przęsło południowej zakrystii, które skomunikowano z nawą południową arkadą o łuku pełnym, wykutą w zamknięciu nawy południowej bocznej. Plastyczny wystrój ścian nowej kaplicy wykonali Józef i Łucja Oźminowie z Warszawy. Po zakończeniu prac adaptacyjnych w nowej kaplicy biskup Jan Zaręba (1969–1986) w dniu 24 sierpnia 1969 r. konsekrował ołtarz oraz poświęcił kaplicę.

W latach 1986–1990 przeprowadzona została konserwacja polichromii w nawach i w prezbiterium. W latach 1988–1991 przeprowadzono prace przy renowacji polichromii w kaplicach przy nawie północnej oraz odmalowano kaplicę Świętego Marcina oraz dawną kaplicę Najświętszego Sakramentu – Cibavit. Prace wykonał zespół pod kierownictwem Stanisława Długozimy.

Ważnym wydarzeniem w dziejach katedry włocławskiej była wizyta Ojca Świętego Jana Pawła II, który przebywał we Włocławku w dniach 6–7 czerwca 1991 roku w ramach czwartej podróży do ojczyzny. W pierwszym dniu swego pobytu we Włocławku Ojciec Święty spotkał się w katedrze z katechetami, nauczycielami i uczniami. Spotkanie to upamiętniono, umieszczając na zachodniej ścianie kapitularza brązową płytę z fragmentem przemówienia Jana Pawła II i jego sylwetką.