A folyami hajózás jelentősége a századforduló után tovább növekedett: megjelentek a motoros hajók, amelyek eleinte gáz-, majd 1912-től dízelmeghajtással működtek, lehetővé téve a gyorsabb és hatékonyabb áruszállítást. A Rajna egyre élénkebb kereskedelmi útvonallá vált, amelyen keresztül nyersanyagok (fa, szén és vasérc), valamint késztermékek jutottak a gyárakba és a piacokra. Ez a kiváló logisztikai adottság jelentősen hozzájárult a régió gazdasági fellendüléséhez, és megerősítette Németország ipari pozícióját Európában.
A 20. század történelmi eseményei – elsősorban a két világháború és az azokat lezáró békeszerződések – mélyreható következményekkel jártak a Rajna nemzetközi és gazdasági jelentőségére nézvést. A háborús pusztításokat követő újjáépítési folyamatok, valamint a század második felében egyre nagyobb hangsúlyt kapó környezetvédelmi szempontok újabb jelentős változásokat hoztak a folyó és környezete életében. A vízi út így nemcsak gazdasági értelemben, hanem politikai és ökológiai szempontból is kiemelt fontosságúvá vált.
Az első világháború idején a katonai műveletek és a blokádok gyakorlatilag ellehetetlenítették a folyami kereskedelmet, hiszen a Rajna stratégiai fontosságú útvonalként szolgált mindkét hadviselő fél számára, illetve a Felső-Rajna természetes határként szolgált. Emellett a harcok következtében a hidak és a kikötők megrongálódása is tovább nehezítette a szállítmányozást. Az első világháborút lezáró versailles-i békeszerződés értelmében a németek semmilyen katonai tevékenységet nem végezhettek a folyó bal partján, valamint a jobb part 50 kilométeres körzetében. Ezt nevezzük a Rajna-vidék demilitarizációjának. Bár konkrétan a kereskedelmet korlátozó intézkedések nem születtek, a Weimari Köztársáság vezetői joggal tartottak attól, hogy a terület ipari létesítményei – és ezáltal a folyami kereskedelem – feletti német fennhatóságot csorbítaná a potenciális francia ellenőrzés, megszállás. Ennek ellenére a Rajna mentén lassan újra indult az ipar és a kereskedelem, nem kis részt az 1924-es Dawes terv jóvoltából, amely – a többi között – a németek fizetőképességének támogatására irányult.
Az 1920-as évek végétől kezdve a teherszállító hajókat egyre inkább dízelmotorokkal szerelték fel. Az újítás előnyei a gőzgéppel szemben a kisebb súly és helyigény voltak. Mivel nem volt szükség széntárolóra és kazánra, nagyobb rakodótér állt a kereskedők rendelkezésre. Ezenkívül a dízelmotor bevezetése után csökkenthető volt a legénység létszáma, mivel a hajtómű kezelése és karbantartása viszonylag egyszerűvé vált. További pozitívum volt, hogy a dízelmotorok nagyobb teljesítményt tudtak leadni, így az utat egy teherhajó gyorsabban meg tudta tenni. Ez hozzájárult a kereskedelmi tevékenység két háború közötti fokozódásához a térségben.
A Rajna-vidéket Adolf Hitler 1936 tavaszán remilitarizálta, ez a lépés természetesen erős tiltakozást váltott ki Franciaország részéről, de végül nem került sor katonai válaszlépésre. Egészen a második világháború végéig a németek számára a folyam nagy stratégiai és kereskedelmi jelentőséggel is bírt, a rezsim a vízi utat főleg katonai célokra és nyersanyagszállításra használta. A háború végének közeledtével és a szövetségesek előrenyomulásával a Rajna kereskedelemi szerepe az állami szállítási kapacitásokkal együtt gyakorlatilag megszűnt, habár – főleg a hidak miatt – a vízi út stratégiai jelentősége megmaradt.
A világháború után Németországba és annak gazdaságába újból életet kellett lehelni; eljött a motoros hajók igazi aranykora. Míg 1938-ban a teherhajóknak mindössze mintegy 17%-a volt motoros meghajtású, a háború után már a nagyobb teljesítményű hajók teljesen átvették az uralmat a Rajnán. Egy másik újítás is megjelent a kereskedelemben: a tolóhajózás, amely a vontatást hivatott felváltani. Az átállás az 1960-as évek végére megtörtént. Az akár 6 000 lóerős tolóhajók hat uszályt is célba juttatnak, összesen akár 16 000 tonna rakománnyal, ez a teljesítmény pedig jóval meghaladja a vontatóhajók képességeit.
Az 1970-es években újabb áttörést hozott a konténerhajózás rajnai megjelenése. Hajózási társaságok és szállítmányozó cégek együtt kínálták szolgáltatásaikat a tengeri kikötőktől egészen a „hátországban” lévő ügyfelekig. A szabványos konténer az amerikai hadsereg logisztikai rendszeréből származott, és ideális csomagolási megoldást jelentett mindenféle darabáru számára a hajón. A konténerhajózás térnyerésével párhuzamosan a rakodás és a kikötők is jelentékeny modernizációs folyamaton mentek keresztül. Az egységes szabványkonténerek alkalmazása teret adott a rakodás automatizálásának, hiszen a daruknak, átemelő szerkezeteknek immár szabványosított egységekkel kellett dolgozniuk, így a kialakításuknak és a programozásuknak köszönhetően kevesebb emberi beavatkozásra volt szükség. A fejlesztések a rakodás sebességére és hosszú távon a költségekre is pozitív hatással volt. Az intermodális teherszállítás térnyerésével egy rakománnyal teli szabványkonténer akár többezer kilométert is megtehet anélkül, hogy a benne lévő árut újra kézi erővel kellene megmozgatni. A tengeri kikötők automatizált egységei olajozottan emelik át a tartályokat az óceánjáró konténerszállítókról a Rajnán közlekedő hajókra, a folyami kikötők árumozgató berendezései pedig precíz mozdulatokkal rakják azokat át további szárazföldi, például vasúton történő szállítóeszközökre.
A huszadik század második felétől a Rajna mentén egyre jelentősebb környezetvédelmi problémák merültek fel, amelyek szorosan összefüggtek az intenzív iparosodással, a vegyipar terjedésével és a folyamatosan növekvő hajóforgalommal. A növekvő forgalom következtében a szennyezőanyagok (ipari hulladékok, vegyszerek) koncentrációja jelentősen megnőtt a folyóvízben, ami a vízi ökoszisztémát valós veszélybe sodorta. Az 1980-as évektől számos környezetvédelmi szabályozást vezettek be, amelyek célja a Rajna vízminőségének javítása és a természetes élőhelyek helyreállítása volt. Szerencsére a rehabilitációs folyamat sikeresnek mondható. Egy ilyen lépés volt a huszadik század közepére teljesen eltűnt lazacpopuláció helyrehozására tett próbálkozás, amely a telepítések mellett veszélyes anyagok kibocsátásának csökkentésének és a víztisztító üzemek korszerűsítésének hála már természetes rajnai lazacszaporulatot is eredményezett.
Egy másik, mára egyre súlyosabbá váló probléma – amely több európai országban, köztük hazánkban is megfigyelhető – a folyó vízutánpótlásának a csökkenése, amely elsősorban az éghajlatváltozás és a különböző kedvezétlen környezeti tényezők hatására következett be. Az elmúlt években a csapadékmennyiség ingadozása és az állóvizekben, talajban, magashegyi jégsapkákban tárolt vízkészletek csökkenése miatt egyes szakaszokon a folyó vízhozama jelentősen visszaesett. Ez különösen a nyári hónapokban, az aszályos időszakokban jelent kihívást, amikor a vízszint apadása okán a nagy teherhajók már nem tudják biztonságosan és hatékonyan igénybe venni a kereskedelmi útvonalakat. Ennek a problémának a tárgyalása azonban már egy következő cikk témája lesz.
