Dem Krieg mit Dänemark im Jahr 1864 folgt der "Deutsche Bruderkampf" zwischen Preußen und Österreich 1866, der bekanntlich damit endet, dass Preußen sowohl das bisherige Königreich Hannover annektiert als auch ein selbständiges Bundesland Schleswig-Holstein nicht zulässt, sondern dieses ebenfalls zu einer Provinz macht. Altona ist ab 1867 Provinzstadt in Preußen, der Oberpräsident residiert nicht mehr dort, sondern als oberster Verwaltungsbeamter der Provinz in Schleswig. Damit sind die Altonaer nun zunächst "Zwangspreußen" geworden, aber der allgemeine wirtschaftliche Aufstieg des neuen Deutschen Reichs in den Gründerjahren nach 1871 vollzieht sich auch in Altona. So recht zur Entfaltung kommt das städtische Leben erst, nachdem 1888 die unselige Zollgrenze zu Ottensen fällt und ein Jahr später Ottensen eingemeindet wird, wie kurz danach auch Bahrenfeld und Neumühlen/Oevelgönne.
Die oben beschriebene planerische Stadterweiterung aus den Zeiten Behns Mitte der vierziger Jahre ist um 1890 vollzogen, so dass sich die Altonaer Stadtväter nach Erweiterungsgelände umsehen müssen. Es folgen wieder für die weitere Stadtentwicklung entscheidende Jahre, als man 1896 den Bahnhof an seinen heutigen Standort verlegt, damit eine bessere Verbindung von Altona nach Ottensen schafft und eine "neue Mitte" für Altona bekommt, den Kaiserplatz oder heute Platz der Republik. Hier entstehen mit dem neuen Rathaus, dem Museum, der Reichsbahndirektion und dem Hotel "Kaiserhof" großstädtische Bauten, die so ganz anders aussehen als die winklige Altstadt an der Pepermölenbek oder der Großen Mühlenstraße. Und es geschieht wenige Jahre später noch ein Weiteres, als neben Landgericht und Lyzeum an der Allee westlich von Ottensen mit dem Hohenzollernring und der Tresckowallee (heute Bleickenallee) weitere Möglichkeiten für öffentliche Bauten entstehen: Kreuzkirche, Oberrealschule, Kinderkrankenhaus (siehe Foto), Klinik Bülowstraße und Mittelschule Fischersallee. 1896 verabschieden die städtischen Kollegien einen neuen Bebauungsplan, der weit nach Westen und Norden ausgreift und schon spätere Wohngebiete nördlich des Bahnhofs Holstenstraße und im Raum Bahrenfeld und Ottensen planerisch vorwegnimmt.
Im August 1914 feiert Altona den 250. Stadtgeburtstag und tut dies unter anderem mit einer weit über Norddeutschland hinaus gerühmten Gartenbauausstellung beiderseits der Flottbeker Chaussee und dem Volkspark. Weitschauende Stadtväter haben den Geländeankauf ermöglicht, auf dem jetzt im Altonaer Volkspark ein Hauptfriedhof und später in den zwanziger Jahren das Volksparkstadion und das Schwimmstadion sowie ein Luftbad entstehen. Die ehemalige Donnersche Weide an der Fischersallee konnte erworben werden, und sie bildet, beginnend von der Rainvilleterrasse, mit dem früheren Altonaer Stadtpark das Gelände für die Gartenbauausstellung, auf der nicht nur Pflanzen zu sehen sind, sondern die neuesten Errungenschaften von Gartenkultur und Gartendenkmalpflege. Altona leistet sich inzwischen einen königlich-preußischen Gartenbaudirektor namens Tutenberg, der im Volkspark neben den schon genannten repräsentativen Anlagen auch eine große Festwiese, eine Freilichtbühne und einen Schulgarten errichtet.