В 1928 году в Армении началась массовая коллективизация. Закавказская СФСР была упразднена в 1936 году, и Армянская ССР непосредственно вошла в состав Советского Союза. Последствия социальных преобразований, проводимых советским руководстом, были тяжёлыми для Армении, как и для большинства других республик Советского Союза. Армяне находились под строгим контролем. Практически не было свободы слова. Во время правления Сталина любой человек, подозревавшийся в употреблении национальной риторики в своих работах, отмечался как предатель или пропагандист. В 1930-е — 1940-е годы подверглась репрессиям армянская интеллигенция. Советская Армения внесла свой вклад в победу во Второй мировой войне, послав на линию фронта сотни тысяч солдат для борьбы с нацизмом.

Советское правление также имело и несколько позитивных аспектов. Армения, ослабшая от нахождения на протяжении многих лет под чужим господством, не была бы способна удержать государственность, находясь в окружении враждебно настроенных тюркских соседей; поэтому нахождение в составе СССР способствовало защите Армении от кемалистской Турции. Также Армения извлекла пользу из советской экономики, особенно, когда та была на вершине своего подъема. Из аграрной страны Армения превратилась в индустриальную, развивалась инфраструктура. Провинциальные сёла постепенно увеличивались, превращаясь в города. Мир между Арменией и Азербайджаном был достигнут, хоть и временно. В 1943 году на базе армянского филиала АН СССР была основана Академия наук Армянской ССР. На протяжении этого времени в Армении было немалое азербайджанское меньшинство, главным образом сосредоточенное в Ереване. Так же и в Азербайджане было очень большое армянское население, сосредоточенное в Баку и Кировабаде, но эта демография сильно изменится во время и после карабахского конфликта. 24 апреля 1965 года десятки тысяч армян вышли на улицы Еревана, чтобы напомнить миру об ужасах, которым подверглись их отцы и деды во время Геноцида армян 1915 года. Это была первая в СССР публичная демонстрация, в которой участвовало такое большое число людей, защищавших свои национальные интересы.

В конце 1980-х Армения страдала от загрязнения. После введения Михаилом Горбачёвом гласности и перестройки публичные демонстрации стали более общепринятыми. Тысячи армян участвовали в демонстрациях в Ереване, из-за неспособности СССР принимать меры для решения простых экологических вопросов. Позднее, с началом конфликта в Карабахе, демонстрации начали приобретать более освободительный окрас. Многие армяне начали требовать для своей родины статус государственности.

В 1988 году жертвами Спитакского землетрясения стали десятки тысяч людей. Были разрушены такие города, как Ленинакан (ныне Гюмри) и Спитак. Множество семей остались без крова. Тяжелая ситуация, созданная землетрясением и последующими событиями, вынудила многих жителей Армении покинуть страну и поселится в странах Северной Америки, Восточной Европы и в Австралии.

После того как 20 февраля 1988 года парламент Нагорного Карабаха, бывшего тогда автономной областью в составе Азербайджанской ССР, проголосовал за присоединение региона к Армении (миацум), вспыхнул межэтнический конфликт между армянами Нагорного Карабаха и азербайджанцами. Карабахские армяне, поддерживаемые Арменией, защищали свою землю в Нагорно-Карабахской войне.

Армения объявила о своей независимости от Советского Союза 23 августа 1990 года. Вслед за Августовским путчем, на референдуме был поднят вопрос об отделении. Последовало чрезвычайное голосование, а полная независимость была объявлена 21 сентября 1991 года. Тем не менее, полного признания не происходило до формального распада Советского Союза 25 декабря 1991 года.