W okresie międzywojennym ulica Chałubińskiego stała się wraz z al. Niepodległości odcinkiem planowanej trasy N-S, która miała biec od ul. Marymonckiej przez Powązki, Śródmieście, Chałubińskiego, Pole Mokotowskie, przedłużoną ulicę Włodarzewską (obecna al. Niepodległości do Puławskiej). Dzięki tym planom w 1930 na Chałubińskiego poprowadzono linię tramwajową. W okresie międzywojennym przy ulicy powstało kilka reprezentacyjnych obiektów: Gmach Ministerstwa Komunikacji, gmach Dowództwa Korpusu Ochrony Pogranicza oraz siedziba Warszawskiej Szkoły Pielęgniarek.
W latach okupacji zabudowa ulicy nie poniosła większych zniszczeń, jednak w okresie powojennym w związku z jej poszerzeniem rozebrano kilka kamienic.
W latach 1947–1950 przy ulicy wzniesiono gmach Informacji Wojskowej (Ministerstwa Obrony Narodowej) zaprojektowany przez Marka Leykama (nr 3a). W latach 1948–1950 gmach Ministerstwa Komunikacji został rozbudowany przez Bohdana Pniewskiego.
W 1956 na wydzielonym torowisku ułożono i oddano do eksploatacji tory tramwajowe.