Posuwająca się na wschód Wielka Armia cesarza Napoleona Bonaparte zajęła Włocławek 15 listopada 1806 r. Na mocy postanowień traktatów w Tylży (7 i 9 lipca 1807 r.) z części ziem zagarniętych przez Prusy utworzone zostało Wielkie Księstwo Warszawskie, w granicach którego znalazł się również Włocławek.
W trakcie działań wojennych 1809 r. przez miasto maszerowały oddziały austriackie, których celem był Toruń. Operacja ta — jak i cała wojna — zakończyła się porażką agresora. W okresie Wielkiego Księstwa Warszawskiego, we Włocławku czasowo stacjonowały różne francuskie i polskie jednostki wojskowe. W wyniku klęski Francji w kampanii rosyjskiej 1812 r., nastąpił faktyczny upadek Księstwa Warszawskiego. Posuwająca się na zachód armia rosyjska zajęła miasto 5 lutego 1813 r.
Na mocy postanowień Kongresu Wiedeńskiego z 1815 r., miasto znalazło się w obrębie Królestwa Polskiego, utworzonego z części ziem Księstwa Warszawskiego, związanego przez konstytucję i unię personalną z Cesarstwem Rosyjskim. Wprowadzono nowy podział administracyjny na województwa i obwody. Siedzibą komisarza obwodu kujawskiego był Włocławek, który wszedł w skład województwa mazowieckiego.
W latach 1815–1830 miasto zaczęło dźwigać się z głębokiego upadku. W tym czasie opracowano jego nowoczesny plan rozwoju przestrzennego, powstał Szpital św. Antoniego, a na pobliskim Zazamczu bracia Bohm uruchomili pierwszą w Królestwie fabrykę cykorii. Powstała również gmina ewangelicko-augsburska oraz loża masońska Doskonałe Zjednoczenie na Wschodzie Włocławka Pracujące.
29 listopada 1830 r. wybuchło antyrosyjskie powstanie zwane listopadowym. Zorganizowany w grudniu 1830 r. Komitet Obywatelski dla obwodu kujawskiego zajął się organizacją straży bezpieczeństwa oraz batalionu gwardii ruchomej. Od początku 1831 r. formowano również 1. Pułk Piechoty Województwa Mazowieckiego.
W połowie 1831 r. rejon Włocławka stał się miejscem licznych przemarszów wojsk polskich i rosyjskich. Mimo oporu oddziałów pospolitego ruszenia, Armia rosyjska zajęła miasto 20 lipca 1831 r. Po upadku Warszawy, 8 września armia polska wyruszyła z Płocka do Szpetala, gdzie zbudowano most na Wiśle. 29 września część oddziałów przeprawiła się po moście do Włocławka, jednak nazajutrz wycofały się one do Szpetala. Osłabiona i częściowo zdemoralizowana armia polska ruszyła przez Lipno – Skępe – Rypin – do Brodnicy na granicy z Prusami, którą przekroczyła 5 października 1831 r. Powstanie upadło, choć w zgodnej ocenie wielu historyków miało duże szanse powodzenia.
W latach 1863–1864 Królestwem Polskim wstrząsnęło powstanie styczniowe. Już od 1861 r. społeczeństwo włocławskie brało udział w fali manifestacji narodowych. W tym samym roku w mieście wprowadzono stan wojenny, który z chwilą wybuchu insurekcji uległ dalszemu zaostrzeniu. W czasie działań powstańczych Włocławek pozostawał, jako siedziba silnego garnizonu, w rękach rosyjskich.
Pierwszy oddział powstańczy utworzony został na początku lutego 1863 r. w okolicach Przedcza, na czele którego stanął Kazimierz Mielęcki. Jego oddział walczył w Przedczu, pod Cieplinami, Nową Wsią i Mieczownicą. Krwawą bitwę stoczono 19 lutego pod Krzywosądzem, gdzie oddział Ludwika Mierosławskiego — dyktatora powstania — został rozbity przez wojska rosyjskie. W dniu 22 marca 1863 r. partia Kazimierza Mielęckiego wzmocniona oddziałem Edmunda Calliera stoczyła bitwę z Rosjanami koło wsi Olszowe, w której obaj dowódcy zostali ciężko ranni. W tym czasie na Kujawach wschodnich działały oddziały Leona Younga de Blankenheima, Kazimierza Oborskiego, Edmunda Taczanowskiego i Józefa Alojzego Seyfrieda. Siły te stoczyły w dniu 26 kwietnia 1863 r. zwycięską bitwę pod Nową Wsią, zmuszając Rosjan do przekroczenia granicy pruskiej.
Włocławek w latach 1863–1864 był widownią okrutnych represji wobec powstańców. W wielu budynkach ulokowane zostały doraźne więzienia. Na miejscu wykonywane były wyroki śmierci. Po upadku powstania Rosjanie zlikwidowali całkowicie resztki autonomii Królestwa Polskiego, przekształcając je w Przywiślański Kraj.
