Для охраны государственных границ на востоке и с целью освоения новой территории царское правительство в начале 30-х годов XVIII века организует специальную Оренбургскую экспедицию, которая возводит в 1734 году ряд укрепленных крепостей и редутов. Вдоль реки Урал создаются Орская, Оренбургская, Магнитная, Кизильская и другие крепости.

В 1736 году к северо-востоку от этой укрепленной линии сооружаются еще три новых крепости — Чебаркульская, Миасская и Челябинская. Эти крепости строились и заселялись крестьянами Долматовской вотчины и Шадринского уезда, огромной Сибирской губернии, центр которой тогда был в г. Тобольске. Крестьян наделяли землей, представляли им возможность заниматься земледелием и разными промыслами и обязывали нести сторожевую службу в крепости.

Старинный план города, относящийся к 1768 году, позволяет судить о Челябинске того времени. Это была небольшая крепость, обнесенная высоким деревянным заплотом с рогатками и надолбами. В крепость вело трое ворот, а по углам были построены высокие башни с пушками. Стена крепости проходила на юге, где сейчас улица Коммуны, на севере — по нынешней улице Работниц, на востоке — по улице Свободы, на западе — по улице Красной. Центр Челябинской крепости был приблизительно там, где сейчас площадь им. Ярославского. Здесь находился провиантский склад, пороховой погреб и склад для оружия. Рядом были построены дом воеводы, церковь и гостиный двор, а вокруг располагались кварталы с избами крестьян и казаков.

В 1743 году Челябинская крепость становится центром Исетской провинции. Здесь учреждается резиденция воеводы. Население города в это время не превышало 750 человек.

Царское правительство придавало очень большое значение Челябинской крепости, а поэтому стремилось развить здесь торговлю и ремесло.

В царском указе предписывалось

Был построен для купеческой торговли гостиный двор и установлены ежегодно две ярмарки в мае и декабре.

Все это способствовало притоку в Челябинск купечества, посадских людей и ремесленников.

К 1781 году в крепости было уже 423 избы, работали небольшие кустарные предприятия: 5 мыловарен, 4 кожевни, 2 кузницы и ряд других мастерских. Появились в городе и два каменных здания — собор и тюремный острог.

Усиление крепостного гнета в период царствования Екатерины II привело к крупнейшей крестьянской войне 1773—1775 годов под руководством донского казака Е. И. Пугачева.

Восстанием была охвачена и Оренбургская губерния, в состав которой входил Челябинский уезд. Город Челябинск находился в руках восставших с февраля по апрель 1774 года.

В последующие годы Челябинск рос очень медленно. К 1863 году в нем было всего 838 домов, жителей — 5862 человека. Вероятно, так бы и остался Челябинск заштатным и захолустным городком, если бы здесь не прошла трасса Великого Сибирского пути, проложенного от Челябинска на Дальний Восток. В 1893—1900 годах Челябинск становится «воротами Сибири», через которые устремляется поток различных товаров и большее количество переселенцев — безземельных крестьян, ехавших за счастьем в далекую Сибирь. В 1896 году был построен около ст. Челябинск специальный переселенческий пункт, через который до 1907 года прошло более 1 миллиона человек переселенцев.

С этого времени в развитии города наступает новый важный период. Начинает развиваться хлебная торговля, мукомольная промышленность. Появились в городе и конторы заграничных фирм по скупке зерна и продажи сельскохозяйственных машин. Большие прибыли стали получать мукомолы Степановы, Архиповы, купцы Якушевы, Валеевы и др. Ежегодно из города вывозилось до 10 миллионов пудов зерна.

В 1913 году в городе был построен элеватор. Для вывозки дешевого хлеба из Троицка и Казахстана, строится частная железная дорога от ст. Полетаево до Кустаная.