1911年辛亥革命爆发后，库伦的第八世哲布尊丹巴呼图克图等在俄国的武力支持下，宣布脱离清朝统治，建立“大蒙古国”。1913年沙俄与北洋政府签订了《中俄声明》。声明规定：外蒙古承认中国宗主权，为中国领土的一部分。中国、俄国承认外蒙古自治。中国承认外蒙古对科布多的管辖，同时不得在外蒙古派驻军队，不得移民。1915年6月7日中俄蒙三方在恰克图签定《恰克图协定》，将此声明具体化。据此，同年6月9日，外蒙古宣布取消“大蒙古国”的独立。外蒙古王公向北洋政府求援，情愿撤销自治，恢复清代外蒙古旧制。1917年俄国革命爆发后，苏俄忙于内战，无暇东顾。1919年，北洋政府以直系将领徐树铮为西北筹边使兼西北边防军总司令，派兵进入外蒙古。
徐树铮驻兵外蒙古后，无视外蒙古当地的文化宗教传统而强行改革，招致了外蒙古人民的强烈民族情绪，从而引发了新一轮的独立运动，其中以求助于白俄军援的哲布尊丹巴的传统宗教派和求助于苏俄军援的蒙古人民革命党的新兴共产派这两大民族独立势力，都将中国北洋政府的军队视为侵略者。1921年2月11日，恩琴指挥的俄国白军攻入库伦，驱逐了中国守军；同年3月18日苏赫-巴托尔、乔巴山领导的军队击败了买卖城的中国守军。苏俄军队于同年5月开进外蒙古，与蒙古人民革命党军一道于7月6日进入库伦，击败了恩琴的白俄军队，同年也将中国军队逐出外蒙古。此后，苏联将唐努乌梁海改组为独立的唐努-图瓦人民共和国。
1921年7月11日，外蒙古组建君主立宪政府。1924年哲布尊丹巴活佛逝世之后，外蒙古政府于11月26日宣布废除君主制，成立蒙古人民共和国。定都库伦，改城名为乌兰巴托。外蒙古第二次独立后，中国北洋政府及接续的南京国民政府对蒙古的独立地位始终未予承认。1928年，国民政府在行政区域上将外蒙古改为蒙古地方。直至1945年8月14日在苏军入侵中国东北之后，中国国民政府签署了《中苏友好同盟条约》，有两个重要的副件：第一，“最多三个月足为完成（苏军从东北）撤退之期”；第二，作为苏军撤出东北的条件，“如外蒙古之公民投票证实此项愿望，中国政府当承认外蒙古之独立”。
1945年10月20日，外蒙古就独立问题进行全民投票。这次投票是在蒙古人民革命党和蒙古人民共和国小呼拉尔主席团领导和具体组织下进行的，虽然名义上国民政府派出全权代表、内政部次长雷法章观察（不是有人造谣的“监督蒙古全民投票”）。据当时蒙古人民共和国中央投票委员会公布：“全国投票拥护蒙古人民共和国的国家独立的有487409票，即全部参加公民投票的人数的100％，投反对票的一个也没有。1945年11月15日（日本投降三个月），苏军违约，并没有从东北撤军。年底，中国派蒋经国访俄，斯大林威胁：东蒙古也要独立。蒋经国对斯大林表示：“我们中国坚持抗战八年，就是为了把失地全部收回来。今天反而把这么大的一块地方割让出去，岂不失去了抗战的本意？”当时“东蒙古”是在苏军占领之下的东北的一部分，所以1946年1月5日中华民国国民政府发出公告承认外蒙古独立（当时《训政时期约法》规定“中华民国领土包括各省和蒙古、西藏”。
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