רחובות הצליחה לשמור על עצמאותה כאשר בתחום הכלכלי היא נשענה על חסדי הברון. היקב בראשון לציון קלט במחיר מסובסד את יבול הענבים, כך שגידול הגפן היה רווחי. ב- 1904, ניטע הפרדס הראשון, בשטח של 150 ד' (ע"י זלמן מינקוב ועל אדמתו), בכך הוחל בפיתוח ענף ההדרים שהיה מזוהה עם רחובות ונתן לה את הכינוי "עיר ההדרים".
למרות קשיי היומיום, שררה התלהבות רבה בקרב המתישבים והפועלים, ושירים כמו "חושו, אחים, חושו" ו"יה חלילי יה עמלי", שחוברו אז ברחובות, מבטאים זאת.
ב- 1907 הצטרפו למושבה עולים שהגיעו מצפון תימן. עולי שיירות נוספות מתימן, בעיקר מצעדה וחודאן, הצטרפו ברובם לקודמ יהם ברחובות. העולים מתימן סבלו מקשיי קליטה רבים: האיכרים לא דיברו עברית, עבודת האדמה היתה לא מוכרת, השכר נמוך, הפועלים הערבים, שחששו מתחרות, הציקו, האיכרים התיחסו בבוז והמגורים היו בקיץ בסוכות בחורשה ובחורף ברפתות, באורוות ובלולים.
שליטתם המהירה של התימנים בכל עבודות המעדר הביאה לשינוי היחס. נקנתה קרקע עבורם, דונם למשפחה, והבתים נבנו בבניה עצמית - תחילה צריפים ולבני חימר ואח"כ מאבני כורכר שנחצבו במקום ולוכדו בדבש. כך נוסדה שכונת התימנים (הרחובות קפרא, שבזי, שבתי), ואח"כ שעריים, שהיו בה משקי עזר קטנים ושהפכה לשכונת התימנים הגדולה בארץ (יחד עם כפר מרמורק).
בימי העליה השניה גדלה רחובות ונוספו בה בתים ורחובות. רוב הבתים נבנו במתכונת הבתים הראשונים למעט בתי החימר של שכונת התימנים והבתים המפוארים ברח' מנוחה ונחלה.
חלקו הצפוני של רחוב מנוחה ונחלה נקרא משום כך "רחוב המיליונרים". שלושה בתים של עשירי המושבה בעבר עדיין עומדים בו-בית אפרים זקס ששימש לקבלות פנים וארועים (אפרים זקס עצמו הילווה למושב כסף להתקנת מערכת מים לבתים וכן כסף לאדמת שעריים);
בית יעקוב ברוידה, ראש אגודת מנוחה ונחלה (בכספו נבנו במושבה בית מרחץ, מקוה, תלמוד תורה ובית הכנסת הגדול) שבו התגוררה בתקופה מסויימת המשוררת רחל, ובית סלוצקין (יהודי אוסטרלי שחי חצי שנה בארץ וחצי שנה בחו"ל) המשמש היום את הנהלת ביה"ס התיכון ע"ש עמוס דה-שליט.
לאחר מלחמת העולם הראשונה החל ענף הפרדסנות כובש לו מקום נכבד בכלכלת המושבה ועצי הדרים ניטעו על פני שטחים נרחבים במושבה. בשנת 1920 הוקמה ברחובות תחנת הרכבת ובסמוך לה נבנו בתי אריזה מיכניים ורחובות נעשתה למרכז הגדול ביותר בארץ לאריזת פרי-הדר ולמשלוח פרי-הדר לנמלים. כל אלה תרמו לכינוי שנתכנתה בו רחובות "עיר ההדר".
ערב מלחמת העולם השניה פעלו ברחובות 9 בתי אריזה ומתחנת הרכבת שלה נשלחו 40% ממשלוחי ההדרים לחו"ל. בשנות החמישים נחוג מדי שנה חג "ההדר".
במושבה רחובות חיו ויצרו סופרים ומשוררים, אשר ביצירותיהם תיארו את המושבה ואנשיה. ביניהם ניתן למצוא את משה סמילנסקי, דוד שמעוני, יהואש, נחום גוטמן, בנימין תמוז, ס. יזהר ואחרים. בנוסף לאלה חיו במושבה אנשי המדע אשר חיברו ספרי מחקר חשובים.
בשנת 1932 הועברה תחנת הנסיונות החקלאית מתל-אביב לרחובות. שלושים שנה מאוחר יותר הפכה התחנה לפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית בירושלים.
בשנת 1934 יסד ד"ר חיים וייצמן ברחובות את מכון דניאל זיו שהפך לאחר זמן למכון וייצמן למדע. ד"ר חיים וייצמן, הנשיא הראשון של מדינת ישראל, שהיה גם מדען בעל שם עולמי, בנה את ביתו במקום. הבית תוכנן ע"י האדריכל אריק מנדלסון בשנת 1937 וכונה "בית הנשיא". בגן המקיף את הבית נמצאים קבריהם של ורה וחיים וייצמן. ב - 1978 הפך הבנין למוזיאון.
בשנת 1942 הוקמה הפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית ובשנת 1970 בית הספר למדעי התזונה. בשנת 1949 נוסד ברחובות "מכון ויצמן למדע" וב - 1963 הוקם המרכז לחקר ההתיישבות. בנוסף לאלה נמצאים בעיר: המכון להדברה ביולוגית של מזיקי ההדרים והמכון הישראלי ליין. כל אלה העניקו לרחובות את התואר - עיר המדע.
הדרים, מדע ורוח - אלה שלושת המאפיינים של המושבה ולכן גם סמלה של העיר רחובות מורכז מפרי הדר, מיקרוסקופ וספר.
רחובות קיבלה מעמד של עיר בשנת 1950 , כאשר אוכלוסיתה הגיעה ל - 18,000 תושבים . העיר משמשת מרכז נפתי של שרותי ממשלה ושרותים ציבוריים.
תולדות רחובות עודכן באמצעות הארכיון לתולדות רחובות ובאדיבותו של ד"ר עמיעד ברזנר, היסטוריון, מתנדב ותיק בארכיון וממשפחות המייסדים.