В 40-х гг. 19 в. на У. начался переход от дворянско-революционного к разночинскому, буржуазно-демократического, периоду освободительного движения. В декабре 1845 — январе 1846 в Киеве возникла тайная политическая организация — Кирилло-Мефодиевское общество, в программных документах которого ставились задачи уничтожения крепостного права и национального неравенства, отмены дворянских привилегий, объединения всех славянских народов в федеративную республику. Революционно-демократическое крыло общества возглавлял Т. Г. Шевченко. В 1847 царское правительство разгромило общество, участники его подверглись репрессиям.
Борьба народных масс против крепостничества и национального гнёта усилилась в 1-й половине 19 в. в западно-украинских землях, где действовали отряды опришек во главе с Д. Марусяком, И. Волощуком, А. Ревизорчуком, М. Штолюком и др. Особой остроты крестьянское движение на Буковине достигло в 40-х гг. Его возглавил Лукьян Кобылица.
В марте 1848 началась революция в Австрии (см. Революция 1848—49 в Австрии), которая вскоре охватила и западно-украинские земли. Под натиском революционных событий император Фердинанд I издал указ об отмене в Галиции барщины, на основании которого была проведена аграрная реформа в интересах помещиков. Крестьяне, у которых отобрали леса, пастбища и значительную часть пашенных земель, в течение 40 лет вынуждены были платить большой выкуп за своё «освобождение». Национально-освободительное движение в Восточной Галиции стремились возглавить буржуазная интеллигенция и верхушка униатского духовенства. Созданная ими в мае 1848 во Львове Головна руська рада выступила с ограниченными культурническими требованиями и вскоре поддержала австрийское правительство, которое с помощью российского царизма подавило революцию.
Во время Крымской войны 1853—56, основная тяжесть которой ложилась на крестьян, на У., как и во всей России, усилилось крестьянское движение. Наибольшей силы оно достигло в 1855 в Киевской губернии (см. «Киевская казатчина»). Значительные крестьянские выступления произошли в 1856 в Херсонской и Екатеринославской губерниях. В годы революционной ситуации 1859—61 на У. широко распространялся «Колокол» А. И. Герцена и др. издания Вольной русской печати. Крупнейшей из тайных революционных организаций было действовавшее в 1856—63 студенческое революционно-демократическое Харьковско-Киевское тайное общество.
Развитие промышленного капитализма, начало революционной борьбы пролетариата на У. (2-я половина 19 в.). Крестьянская реформа 1861 отменила крепостное право. Она носила буржуазный характер, но сохранила многочисленные остатки крепостничества. Только в 6 украинских губерниях было отрезано у крестьян в пользу помещиков свыше 985 тыс. десятин земли. Крестьяне оказали сопротивление проведению грабительской реформы. В марте — мае 1861 на У. произошло около 170 крупных выступлений, подавленных царскими войсками.
Революционно-демократическое движение на У. было составной частью общероссийского. Активную революционную агитацию на У. вели революционеры демократы подполковник А. А. Красовский, студент Е. М. Моссаковский, землемер И. А. Андрущенко и др. Русские и украинские демократы поддержали Польское восстание 1863—64, частично захватившее и Правобережную У. Под влиянием восстания царизм вынужден был ускорить проведение крестьянской реформы на Правобережной У. на более льготных условиях, чем в левобережных и южно-украинских землях. Вместе с тем усилился национальный гнёт. В 1863 циркуляр министра внутренних дел запретил печатать на украинском языке книги учебного и научно-популярного характера.
После поражения Революции 1848—49 в Австрии в Западной У. образовалась помещичье-клерикальная группировка «москвофилов», искавшая поддержки у русского царизма и в то же время заискивавшая перед австрийским правительством. Оформилось либерально-буржуазное течение — «народ овцы», большинство которых, занимая националистические позиции, стремилось к союзу с австрийским правительством. Против «москвофилов» и «народовцев» решительно боролись западно-украинские революционеры-демократы во главе с И. Я. Франко.
В конце 60—80-х гг. 19 в. на У., как и во всей России, ведущая роль в революционном движении принадлежала народникам. В начале 1870-х гг. в ряде городов У. возникли народнические кружки («Киевская коммуна», кружок одесских чайковцев и др.). Почти все украинские губернии были охвачены «хождением в народ». В середине 1870-х гг. действовали кружки И. М. Ковальского и южных бунтарей. Группа бунтарей во главе с Я. В. Стефановичем попыталась в 1877 в Чигиринском уезде Киевской губернии поднять восстание среди крестьян (см. «Чигиринский заговор»). В 1878 народники У. (В. А. Осинский и др.) совершили в Киеве, Одессе, Харькове ряд террористических актов против правительственных чиновников. На У. активную работу вели члены «Народной воли» С. Н. Халтурин, А. И. Желябов, Н. И. Кибальчич, М. Ф. Фроленко и др. В ноябре 1879 в Одессе и Александровске народовольцы готовили покушение на Александра II. В 1880 члены другой народнической организации — «Чёрный передел» создали в Киеве «Южнорусский рабочий союз». В конце 1870-х гг. активизировалась деятельность культурнических организаций украинской буржуазно-либеральной интеллигенции, так называемых громад, возникших после реформы 1861 в Киеве, Харькове, Одессе и др. городах У. Происходили волнения студентов Киевского и Новороссийского (Одесского) университетов.
После отмены крепостного права на У. началось быстрое развитие капитализма. За 1869—97 число промышленных предприятий выросло с 3712 до 8063, стоимость промышленной продукции — с 71 млн. до 439 млн. руб. Значительно усилилась концентрация производства. К концу 19 в. У. стала главной угольно-металлургической базой Российской империи и основным производителем сахара. Обще российское значение приобрело на У. с.-х. машиностроение. В промышленность У., особенно в горнозаводскую, вкладывали большие средства бельгийские, французские и немецкие капиталисты. Развитие промышленности и внутреннего рынка У. обусловило интенсивное железнодорожное строительство. К концу 19 в. железнодорожная сеть на У. увеличилась до 10 тыс. вёрст и составляла железнодорожной сети всей России. Формировался фабрично-заводской пролетариат У. За 60—90-е гг. 19 в. рабочий класс У. возрос с 86 до 330 тыс. чел. Большая его часть была занята на юге У. в горной, металлургической и металлообрабатывающей промышленности. Интенсивно развивался капитализм и в сельском хозяйстве У., шёл процесс вытеснения феодально-крепостнической отработочной системы капиталистической. В 80-х гг. капиталистические отношения стали господствующими в сельском хозяйстве Южной и Правобережной У. Распространилось применение с.-х. машин, особенно в Южной У. Под зерновыми культурами было занято более 90% всей посевной площади. Развитие капитализма в сельском хозяйстве обусловило быстрое социальное разложение крестьянства (сотни тысяч крестьян-батраков работали в помещичьих и кулацких хозяйствах Южной У.), вело к сокращению на У. помещичьего землевладения (с 16 млн. десятин в 1877 до 12,2 млн. десятин в начале 20 в.) и увеличению земель у кулаков и купцов. В 60—90-х гг. на У. интенсивно росли города, население которых увеличилось более чем в 2 раза и составило в 1896 4,32 млн. чел.