1911年（宣统三年）辛亥革命爆发后，第八世哲布尊丹巴呼图克图在沙俄的支持下，宣布脱离清朝统治，建立“大蒙古国”。
1912年，俄国承认蒙古独立。中华民国（1912年正式建立）拒不承认，仍称其为外蒙古。
1913年沙俄与北洋政府签订《中俄声明》。声明规定：外蒙古承认中国宗主权，为中国领土的一部分，中国承认外蒙古自治。中国承认外蒙古对科布多的管辖，同时不得在外蒙古派驻军队，不得移民。
1915年6月7日中俄蒙三方在恰克图签订《恰克图协定》，将此声明具体化。据此，同年6月9日，外蒙古宣布取消“大蒙古国”的独立。外蒙古王公向北洋政府求援，情愿撤销自治，恢复清代外蒙古旧制。
1917年俄国革命爆发后，苏俄忙于内战，无暇东顾。
1919年，北洋政府以皖系将领徐树铮为西北筹边使兼西北边防军总司令，派兵占据外蒙古。徐树铮驻兵外蒙古后，无视外蒙古当地的文化宗教传统而强行改革，招致外蒙古人民的强烈民族情绪，从而引发新一轮的独立运动，其中以求助于白俄（不认同苏维埃政权统治的俄罗斯人）军援的哲布尊丹巴的传统宗教派和求助于苏联军援的蒙古人民革命党的新兴共产派这两大民族独立势力，都将中国北洋政府的军队视为侵略者。
1920年代，苏联扶植蒙古人民革命党控制外蒙古，事实脱离中国统治。
1921年2月11日，恩琴指挥的俄国白军攻入库伦，驱逐中国守军；同年3月18日苏赫-巴托尔、乔巴山领导的军队击败买卖城的中国守军。苏俄军队于同年5月开进外蒙古，与蒙古人民革命党军一道于7月6日进入库伦，击败恩琴的白俄军队，同年也将中国军队逐出外蒙古。此后，苏联将唐努乌梁海改组为独立的唐努-图瓦人民共和国。
1921年7月11日，外蒙古组建君主立宪政府。
1924年1月21日，列宁逝世后，斯大林获得政权，展开了大清洗。5月，苏联承认蒙古为中国一部分。同年7月，大蒙古国改国号为「蒙古人民共和国」。
1924年哲布尊丹巴活佛逝世之后，外蒙古政府于11月26日宣布废除君主制，成立蒙古人民共和国。定都库伦，改城名为乌兰巴托。外蒙古第二次独立后，中国北洋政府及接续的南京国民政府对蒙古的独立地位始终未予承认。
1928年，国民政府在行政区域上将外蒙古改为蒙古地方。
1944年外蒙古直接并入苏联，成为苏维埃联邦社会主义共和国的一个自治共和国。
1945年8月14日在苏军出兵中国东北之后，中国国民政府签署《中苏友好同盟条约》，有两个重要的副件：第一，“最多三个月足为完成（苏军从东北）撤退之期”；第二，作为苏军撤出东北的条件，“如外蒙古之公民投票证实此项愿望，中国政府当承认外蒙古之独立”。
1945年10月20日，外蒙古就独立问题进行全民投票。这次投票是在蒙古人民革命党和蒙古人民共和国小呼拉尔主席团领导和具体组织下进行的，虽然名义上国民政府派出全权代表、内政部次长雷法章观察。据当时蒙古人民共和国中央投票委员会公布：“全国投票拥护蒙古人民共和国的国家独立的有487,409票，即全部参加公民投票的人数的100%，投反对票的一个也没有。
1945年11月15日（日本投降三个月），苏军违约，并没有从东北撤军。
1945年，中华民国和苏联签订不平等的《中苏友好同盟条约》。1950年2月14日 《中苏友好同盟互助条约》订立后，此约失效。
1949年1月，在中华人民共和国建国前夕，毛泽东曾非正式向苏联提出外蒙古回归问题，遭到苏联的拒绝。同年10月16日，中华人民共和国与蒙古人民共和国建交。
1953年周恩来总理在斯大林去世后，非正式地向后来的苏联领导人赫鲁晓夫提出外蒙古回归问题，再次遭到拒绝。
1953年，退守台湾的国民党宣布废止《中苏友好同盟条约》，撤回对外蒙古独立的承认。在中国台湾所出版的全国地图上，仍宣称法理的“中华民国”疆域包括外蒙古。
1961年外蒙古加入联合国，“中华民国”放弃使用否决权（中华人民共和国是1971年10月25日恢复联合国合法席位的），这使得1953年控苏案的成果毁于一旦。
1962年，中华人民共和国与蒙古人民共和国正式划定边界。同年5月伊塔事件，中苏关系紧张后，蒙古与中华人民共和国的关系也随之冷却。
1970年代，苏联凭借着自身强大的军事实力，在中苏边境驻扎了50个师，在蒙古也驻扎了8万部队，还将部署的武器装备不断进行数量和质量上的升级。
1985年3月11日，戈尔巴乔夫入主克里姆林宫。
1986年7月，戈尔巴乔夫又表示，正在和蒙古商量从蒙古撤军的问题。同年12月，中国与蒙古 签署了《中蒙领事条约》。
1990年中国与蒙古两国元首首次实现互访，蒙古恢复驻中国呼和浩特总领馆。
1990年之后，李登辉主政下的中国台湾默认蒙古国的客观存在。
1991年，中蒙两国签订《中华人民共和国政府和蒙古人民共和国政府关于边境口岸及其管理制度的协定》。
1997年两国签订了《中华人民共和国政府和蒙古国政府关于蒙古国在中国香港特别行政区保留名誉领事馆的协定》。
2002年中国台湾民进党上台后，进一步于蒙古国设立代表处，并在网站的各国介绍中加入蒙古国，至此完全承认外蒙古独立。而蒙古亦于2003年在中国台北市设立代表处。
2010年，中国与蒙古签订《中蒙边界制度管理条约》。
目前，中国与蒙古对持外交、公务护照人员互免签证。
