台灣光復後，本校於民國三十四年改制為「台灣省立台中第一中學」，學制為初中三年，高中三年之「三三制」，招收新生高初中各三班。校友原擬推舉日據時代服務於本校之林慶先生為校長，然遭當局反對。台灣長官公署於十二月派任金樹榮先生為光復後第一任校長。
        金校長福建人，北京師範大學畢業，在 大陸時，已任職教育行政多年。接長一中後，其教育理念與行事風格與四十年來日式教育之模式有扞格之處。而過渡時期，由他校免試轉來一中之學生為數不少，程度參差不齊，故於三十五年舉辦一次先修班考試，及格者不必參加高中入學考試，其他未過關者則編入初中班。後來又同意初中班也可免試升高一，可見過渡時期行政及學制之混亂。當時學校若干方針朝令夕改，令學生無所適從，因此血氣方剛之學生，便鬧罷課來抗議。帶頭罷課之學生，皆遭勒令退學。校方與學生之間摩擦不斷，幸賴校友如巫永昌等人居中協調，金校長對這些一中前輩，亦頗能接納他們的見。

         三十六年，二二八事件發生。全台多處發生暴動，台中難免遭波及。當時學校停課二十天，一中學生挺身而出，護衛學校和校長、老師及眷屬安全。將老師移宿學寮中寮，學生們則分宿北、南及中寮，保護老師免受暴民攻擊。先前反對校長措施的學生，竟能站出來保護校長，頗令校長驚喜感動。二十多天後，二十一師進駐中部，台中地區許多師生被捕（如台中師專校長洪炎秋等）。一日，軍隊駕駛大卡車，架重機槍，衝進學校後門，欲搜捕學生，金校長挺身而出擔保，部隊遂離去。

         同年，中一中成立校友會，由謝東閔擔任理事長。七月，建光中亭，紀念光復及建校光輝事蹟。並整修原武道館為圖書館，增購圖書兩萬餘冊，原柔道館改為科學陳列館，將理化、生物儀器標本、作業成績陳列於一室。

         金校長於二二八之後，漸漸改變治校作風，廣開溝通之門，傾聽學生意見。師資方面則不再侷限於原來的福州班底，廣泛聘請全國優秀教師，據第四十期校友回憶，當時很多老師出自大陸名校，有不少老師在大陸時期，即擔任過中學校長、師範校長，或擔任過大學教授，教師陣容極為堅強，使中一中學風更上一層。

         三十七年，教育部朱部長家模率團抵台視察，評列本校為全國三十九所優良中學之ㄧ，台灣地區僅本校與北一女入選，獲頒獎金二千元。當時學生將獎金用來鐫刻「毋負今日」碑。七月，光復後高中第一屆畢業生（第二十九期）共六十九人，初中部第三屆（即第三十二期）畢業生一九八人。隔年七月，「毋負今日」碑竣工，樹立於光中亭前，由李清曉、林瑞貞、廖大舜同學代表樹碑。當時校園有四大地標：大門入口的鐘塔和紅樓、光中亭、題有「養天地正氣，法古今人」的禮堂，以及建校紀念碑。

        三十九年，時教育廳長陳雪屏率團來校指導，指定本校為學生生活教育示範學校，並頒獎金一萬元。四十年，本校製作新校歌，由李國棟作詞，鄭家苗譜曲，即今日開頭「雲霞燦爛」版之校歌。

        四十三年，宋新民接任校長，班級數已增至四十五班，學生二千五百餘人，升學率全台第二。九月奉教育部命令，籌設翁子分部（只辦初中部）。翌年，將原先設立之夜間部九班，由學校利用原有設備，另增添四間教室，改為日間上課。

        四十五年，原生物實驗室改建為勞作教室，興建自然科學館工程，附電化教室，於四十七年完成，為一幢三層，有物理、化學、生物實驗室之綜合科學館。

        在宋校長領導之下，師長對學生的督促十分嚴格，初中部還實施國文、英文、數學的學科能力分班。根據三十五期何清松校友回憶，學生除固定編班外，另依其國文、英文、數學三科的學習能力（成績的高低），分為A、B、C、D?等四班或五班分別上課。例如第一節課全年級同上國文，若學生國文程度很好，就被分到A班上課，第二節全年級都上英文，英文程度較差者，就被分到D班上課，第三節上數學，數學程度中等者，就分到B或C班上課。每學期依上學期成績重新分班，升、留級也是每學期一次。這種制度幾點好處：老師便於因材施教、學生為了榮譽會主動用功、全年級同學有機會彼此認識。實施學科能力分班並無困難，卻有相當顯著的效果，這是當年台中一中教學的特色。

        課業之外，對於學生思考、議論方面則十分寬容，當時批評執政黨最烈的「自由中國」雜誌，圖書館每期都有，學生之間不僅廣為傳閱，在週記對學校、社會亦大肆批評，有一次宋校長對高中部某班告誡：「學校不是議會！」據校友回憶，學生們仍然喜歡議論，且許多校友對「自由開放」的校風，印象特別深刻。另外，宋校長也喜歡找成績不理想的同學個別談話。

        四十九年，宋校長調職，由黃金鰲接任。黃校長安徽人，北京師範大學教育研究所碩士。接任一中校長之前，已在台中師範擔任十年校長，行政經驗豐富。上任之初，黃校長對於一中的歷史背景與學校特色下了一番功夫。他的治校原則，只有一個「學生第一，老師至上」。黃校長曾在一篇訪談中提到：「如果一個校長無此原則，那豈不成了校長至上？任何事情就可能只是為了配合校長想法在辦，怎能有好的成果？」在他七年半任內，大學入學考試，一中出了五次榜首。黃校長認為，那是因為他堅持此一原則之故。

         然而， 黃校長更重視「L i b e r a leducation」，他個人稱之為「自由教育」。認為除課業外，高中生更需要課外學藝活動來充實學習生活。到任之第一年，管樂隊成立，並興建敬業樓教室十八間，於次年八月完工。至五十一年，高中部連同初中及分部，畢業總人數已有一零二三人，校舍空間不足，乃於五十三年，增建麗澤樓教室十八間，於十月完成。由當時中研院院長王世杰書額，黃校長作記。樓名取《易經》〈兌卦〉：「麗澤兌，君子以朋友講習」，文中特勉勵師生「君子相聚講習，傳遞不替，如雨澤相連潤，說（悅）之盛也。」黃校長治校之願景，於此可見。

民國六十三年十二月，段茂廷校長（左）陪同當 時省主席謝東閔 校友巡視新校

五十六年，黃金鰲校長調職，由周封岐接任。五十七年，政府實施九年國教，「省辦高中，縣市辦初中」，本校初中部停止招生，翁子分部獨立為「省立豐原中學」，原分部初中部班級由該校接辦，而當時市立一中（今居仁國中）高中部男生共三班，則由本校接辦。為因應學生人數增多，就校內原有宿舍擴建二樓，增加寄宿生容量一倍，於六月完成。七月，省育廳核定本校設立體育實驗班。

        繼任校長段茂廷先生，湖南人，畢業於國立師範學院教育系，是歷任一中校長任期最久者（五十八年至七十年）。五十九年，初中部最後一屆學生六五三人（含分部）畢業，初中部正式走入歷史，之後學校全為高中部學生，校名定為「台灣省立台中第一高級中學」。段校長開始規劃重建校舍，一中今日所見之重要建築物，如莊敬樓、圖書館、慎思樓、康樂館、改建校門及磚造圍牆等，皆在其任內興建完成。

        而最能代表一中建築物的紅樓，因校舍老舊，面臨拆除命運，當時校友反彈聲浪頗大。然段校長聽取專業建築師建議及校友省議會議長東閔之支持，紅樓正式走入歷史。六十年八月，莊敬樓、慎思樓、圖書館竣工，並將學校後面三排平房拆除，闢為三百米跑道之操場，於六十年十一月完工。由於此波校舍改建，所需經費龐大，學校乃專案報准省府，出售三民路教職員宿舍(即今三民路、精武路口加油站附近)，所得款項作為重建校舍經費，另增建或改建原有宿舍，安置退休同仁。

        六十四年，校友會成立。共有各屆校友一五八人參加，公推張煥珪為主席。同年校史編纂工作開始，召集人為張耀錡校友。五月，光中亭重建竣工，之後再整建週邊環境，題為立心園，取「為天地立心」之意。六十六年，興建康樂館，因經費龐大，校友會第一屆理事會展開募款工作，共募得一百二十餘萬元。為紀念校友之盛意，特將康樂館北面三層樓房命名為「校友館」，地下室作為學生餐廳，於六十八年完工。

       七十年，由湯孝彬先生接任校長，湯校長不僅行政歷練豐富，律己亦樸素嚴謹，領導方面處處顯現長者風範，對學生愛護有加。在處理人事、經費及教師甄聘上，秉持「公開透明」原則，致力於校務之推展，對於教學及研究活動頗為重視。

 七十一年，籌建新的學生宿舍大樓。同年台北市台中一中校友會成立，公推第十五期校友張添根為理事長，辜濂貞為總幹事。

    七十二年，開始出版刊載師生研究成果的《中一中學刊》。同年教育部指定本校為改進高中聯招召集學校；教育廳指定本校為數學科教學媒體製作中心學校。

七十四年五月一日，創校七十週年校慶舉行閱兵分列式，各界來賓及校友五百多人參加。

  七十五年，新學生宿舍大樓竣工。

   七十六年，興建科學館教學大樓。

 七十六年八月，陳繼統校長接掌本校。成立數理資優班，培育基礎科學人才，繼續興建科學館，美化校園，新建「速豹坦」田徑場，改建網球場、籃球場、排球場並設立中區生物實驗活體供應中心。同時因應解嚴後社會急遽變化，以開明作風成立學生自治團體。

         八十三年，向教育廳申請到三千萬元興建經費，並經由訴訟程序，取回被民眾強佔的校地，乃著手規劃興建游泳池，實為日後中一中學生能全面學習游泳的推手。

八十四年，創校八十週年校慶，張啟仲校友捐贈五百萬元建造入德之門，巫錦源校友捐贈三百多萬元裝修舊禮堂為校史館。

        八十四年八月，陳時宗先生繼任本校校長。積極推動校務，致力於改善學習環境，如麗澤樓加建外樓梯、搭蓋鋼棚徹底解決各教學大樓漏雨問題、新建游泳池、雙十路大門及敬業樓易地改建工程等。此外，持續積極推展科學教育並重視人文科學，加強語言訓練及推展電腦教學。

        八十五年成立美術班，男女兼收，以往清一色男學生的校園，開始有女學生加入中一中行列。

        八十七年一月，台中一中教師會成立。

 八十七年九月，改建原自然科實驗室為體育教學大樓，八十八年十月竣工。一樓為重量訓練教室、體育科辦公室及視聽教室；二樓為撞球教室共十五張撞球檯；三、四樓為桌球教室共三十張桌球台；五樓為舞蹈、體操、羽球皆宜的多用途綜合教室。

      八十八年八月，蔡瑞榮校長接掌本校。以「學生第一，教學為先」的治校理念，無論在教學及行政各方面均全力以赴。首先，秉持企業經營理念，規劃整理電腦中心、架設T1校內網路、設置學校網站，注重品質管理，增進行政效能。此外，繼續完成體育運動大樓，增設師生運動休閒場地，並尊重教師專業自主能力，提升教育專業品質。

        民國七十六年解嚴後，台灣社會正走向更多元、更開放，改革與新舊價值交替、衝擊的年代，反映在中等教育方面，各校之間既合作又競爭的關係漸漸展開，各項競賽活動不勝枚舉，本校基於既有的堅實基礎，在各項領域如電腦程式設計、語文、社團活動、體育、音樂、工藝、自然科學競賽等，皆有佳績。

        另外，班級型態多元、資訊媒體融入教學與行政以及學生社團活動的蓬勃發展，都為中一中校園帶來現代化的風貌。