В 1896 году достраивается и открывается станция Обь, в 1897 году открывается железнодорожный мост, соединивший станцию с железнодорожной сетью страны, в 1898 году открывается движение до станции Иркутск. Одновременно в посёлке строится пристань для перевалки на железнодорожный транспорт грузов доставляемых водным путём по Обско-Иртышскому бассейну рек. Население посёлка Ново-Николаевска к этому времени составляет около 5000 человек, жилой фонд около 700 домов. Возле железнодорожной станции создаётся крупный врачебно-питательный переселенческий пункт Переселенческого управления, в котором оказывается помощь переселенцам, следующим в частности в Алтайский горный округ и Томский уезд. На станции работало около 450 рабочих, возле вокзала станции были построены церковь Святого пророка Даниила, двуклассное училище для обучения детей железнодорожников, железнодорожная больница. К 1900 году население посёлка увеличивается до 15 000 человек, сам посёлок вытягивается вдоль реки на 10 вёрст, строится храм «Святого Александра Невского», открывается церковно-приходская школа[19][22].

В 1904 году высочайшим повелением императора Николая II (рескрипт № 747-47 от 28 декабря 1903 (10 января 1904) года) статус посёлка Ново-Николаевска сменяется на статус заштатного (безуездного) города Томской губернии с площадью 881 десятин 2260 квадратных саженей (около 10 км²). Подлинник документа был подписан исполняющим должность управляющего Кабинетом Его Императорского Величества генерал-майором К. Н. Рыдзевским.

11 (24) мая 1909 года в Ново-Николаевске произошёл страшный пожар. Он продолжался несколько дней. Огнём было уничтожено 794 дома со всеми приусадебными постройками, сгорело 22 квартала города, более 6 тысяч человек остались без крова (большинство их расположилось лагерем под открытым небом вдоль р. Каменки). Общий ущерб, нанесённый пожаром, составил свыше 5 млн рублей золотом. Вслед за пожаром через несколько дней началась эпидемия брюшного тифа и холеры[23]. Также в 1909 году железнодорожная станция Обь переименовывается в Новониколаевск.

 
Часовня святого Николая, конец 1920-х

В 1912 году власти Ново-Николаевска официально вводят всеобщее начальное образование (к тому времени всеобщее начальное образование было введено только в Ярославле). В этом же году происходит ещё более громкое событие. Дело в том, что судьба Ново-Николаевска могла бы стать похожей на судьбы других станционных посёлков, которые таким же образом появились на пересечении великих рек и Транссибирской магистрали, но вмешался случай. В Санкт-Петербурге было принято решение связать железной дорогой Сибирь с Алтаем. Существовали разные варианты отправного пункта, но Владимир Жернаков, городской голова Ново-Николаевска, в течение трёх лет всеми средствами пытался убедить имперскую Комиссию по железным дорогам в том, что прокладывать дорогу на Семипалатинск (конечный пункт алтайской ветки) нужно именно от станционного городка Ново-Николаевска. В итоге 3 (16) июня 1912 года состоялось главное для будущего Новосибирска событие: жернаковский вариант прошёл высочайшее утверждение, и Ново-Николаевск в одночасье стал крупнейшим в России мультимодальным узлом[источник не указан 1168 дней] — южный транспортный луч автоматически изменил статус всех остальных, они превратились в транснациональные. С этого времени в Ново-Николаевске начался невиданный по темпам экономический бум: в 1915 году, когда строительство железной дороги Ново-Николаевск — Семипалатинск ещё только подходило к концу, в городе при 70 тысячах населения уже работало 7 банков. Символом того времени стала часовня Святого Николая, которая в этом же году была торжественно открыта на Николаевском проспекте (ныне Красный проспект).

В 1915 году строится железнодорожная станция Новониколаевск II (с 1960 года — Новосибирск-Южный), станция Новониколаевск разделяется на станции Новониколаевск I-Пассажирский и Новониколаевск III-Товарный.

В 1916 году Ново-Николаевск был выбран в качестве губернского города для вновь образуемой Алтайской губернии, которую предполагалось образовать в 1917 году. Временное правительство, однако, затем решило сделать губернским городом Барнаул.

К середине 1910-х годов население города Ново-Николаевска насчитывает 75 000 человек (без учёта переменного состава расквартированных войск). В городе имеются: частная и железнодорожная пристани с ледником для масла на 820 тонн, 8 религиозных учреждений (5 православных, 1 католическая, 1 старообрядческая церкви, 1 еврейская молельня), более 40 учебных заведений (в том числе реальное училище, женская гимназия, четырёхклассное городское, двуклассное железнодорожное и начальные училища), типография, 4 библиотеки, 4 больницы, амбулатории, казначейство, отделения 6 банков и 2 агентства земельных банков (обороты банков около 250 млн рублей), биржа, заводы (Военно-сухарный, чугунолитейные «Т-ва Труд» и «Верман и Петерс», кожевенные, мыловаренные, лесопильные и др)[24].