Vers 1830, naissent les quartiers du Petit-Colombes et de Charlebourg - celui-ci, situé dans la garenne de Colombes, tire sans doute son nom du roi Charles X (1824-1830) qui aimait, dit-on, y chasser - à l'emplacement où, à 500 m de la Seine, vivaient déjà quelques pêcheurs tenant des auberges dont les fritures et les matelotes attiraient les Parisiens le dimanche.

En 1838, une digue est construite pour protéger la ville des crues fréquentes. À la même époque, le pont d’Argenteuil est érigé .

Dans la seconde moitié du siècle, le port des canotiers du Petit-Colombes attire les peintres impressionnistes, tels que Claude Monet ou Gustave Caillebotte. Ce dernier a acquis une maison sur les bords de Seine, au Petit-Gennevilliers, à la limite de Colombes. L’endroit est idéal pour pratiquer ses deux passions, la plaisance et la peinture. Claude Monet y peint le tableau intitulé Les coquelicots en 1873 alors que, demeurant à Argenteuil, il rend régulièrement visite à son ami et mécène Gustave Caillebotte.

L’île Marante (site du Moulin Joly où Claude-Henri Watelet aménagea un des premiers jardins pittoresques au siècle des Lumières), située juste en face, connaît un nouvel essor avec la mode des canotiers et de la pêche de plaisance. Elle devient un lieu de promenade prisé, comme en témoigne sa description par Maupassant dans sa nouvelle Deux-Amis, qui donne par ailleurs un aperçu de la ville lors de la guerre de 1870.

La transformation de Colombes dans la seconde moitié du XIXe siècle est, dans une large mesure, liée au train qui, en rendant la campagne de Colombes facilement accessible, a entraîné son urbanisation.

En 1837, la première  ligne de train commercial qui relie Paris au Pecq, puis à Saint-Germain-en-Laye, est créée. Elle traverse Colombes, loin du centre et sans desservir la commune.

En 1843 la gare de Colombes-embranchement est toutefois construite sur cette ligne, à la périphérie de la ville, en limite de Nanterre.

En 1844 une nouvelle gare desservant le territoire de Colombes est construite au pont-de-la-puce, mais  elle est détruite lors de la Révolution de 1848.

Il faut attendre 1857 et la nouvelle ligne de Paris-Argenteuil, pour inaugurer la gare de Colombes, située dans le centre même de la ville, ainsi que la station de Bois-Colombes. Le village s’urbanise petit à petit. Cette croissance urbaine s’accélère à partir des années 1880-90 avec de nouvelles gares : La Garenne-Colombes est ouverte en 1887, celle de Bécon-les-Bruyères, située à la limite de Colombes,en octobre 1891.

Enfin en 1897 est construite la gare des Vallées pour desservir ce quartier qui s’est fortement développé.

Les terres agricoles, notamment les champs de cerisiers, qui formaient l’identité du territoire, disparaissent et font place au tissu urbain.