En los estertores del reinado de Alfonso XIII, el Partido Radical fue uno de los firmantes principales del Pacto de San Sebastián, y como tal participó en el Comité Provisional que comandó el derrocamiento de la Monarquía y en el Gobierno Provisional que sustituyó al Gobierno de la Corona tras la proclamación de la II República, el 14 de abril de 1931.

Durante el primer bienio republicano, en el que ocupó 89 asientos en las Cortes Constituyentes, el Partido Radical se distinguió por combatir desde el centro-derecha las políticas izquierdistas de los gobiernos de Azaña, durante el primer bienio (1931-1933). Tras las elecciones de 1933, que arrojaron una mayoría de las derechas en el Parlamento y en las que obtuvo 104 escaños, el Partido Radical lideró el gobierno de la República, primero en solitario (un gabinete monocolor apoyado por la CEDA), y después en coalición con la Confederación Española de Derechas Autónomas de Gil-Robles. A lo largo de su mandato, tuvo que hacer frente a la Revolución de Octubre de 1934, alentada precisamente por los socialistas en respuesta a la participación cedista en el gobierno, y que resultó particularmente violenta en Asturias; y la simultánea rebelión de la Generalidad y su presidente, Lluís Companys (Esquerra Republicana de Cataluña), quien violentó el régimen constitucional en Cataluña al proclamar unilateralmente el Estado catalán dentro de una inexistente República Federal Española. Tras controlar la situación en el resto del país, el Gobierno radical detuvo a Companys, suspendió la Generalidad y mandó a la Legión a combatir la insurrección obrera en Asturias, que fue duramente reprimida por los generales Franco y Goded.

Los gobiernos radicales se sucedieron, progresivamente debilitados por numerosos escándalos de corrupción (entre ellos, el del Estraperlo) en que se vieron envueltos sus líderes, y cada vez más impotentes para estabilizar una situación social cada vez más crispada y enrarecida, hasta 1936, en que el triunfo de la coalición de las izquierdas dio paso al Gobierno del Frente Popular.

Como el resto de partidos políticos activos durante la República salvo el llamado Movimiento Nacional (FET y de las JONS), el Partido Radical Republicano fue ilegalizado tras la victoria del bando nacional en la guerra civil.