Kreślił plany „wielkiej Warszawy”, a po wybuchu II wojny światowej organizował obronę miasta. Nie opuścił stolicy, choć mógł uratować swoje życie. W tym roku przypada 130. rocznica urodzin Stefana Starzyńskiego.
Warszawa w dwudziestoleciu międzywojennym borykała się z poważnymi problemami, ciemiężona kryzysem gospodarczym, targana rozgrywkami politycznymi. W tamtym okresie prezydent Warszawy wybierany był nie przez mieszkańców, ale przez radę miejską. Gdy większość w niej zdobyli przedstawiciele opozycyjnej do sanacyjnego rządu Polskiej Partii Socjalistycznej, rząd nie chciał pozwolić na utratę kontroli nad stolicą. Władze państwowe, korzystając z możliwości powołania prezydenta komisarycznego, obsadziły fotel prezydenta Warszawy zaufanym i sprawdzonym człowiekiem, jakim był ekonomista Stefan Starzyński, wiceminister skarbu.
Obejmując stanowisko, Starzyński miał przeciwko sobie większość warszawskiej opinii publicznej. Zaczął od opanowania deficytu budżetowego stolicy, co udało się dzięki pomocy ministra skarbu Eugeniusza Kwiatkowskiego. Rozpoczął wtedy szereg inwestycji i modernizację techniczną miasta. Wyremontowane zostały trasy wjazdowe do stolicy, wybudowany wiadukt nad Dworcem Gdańskim, Stare Miasto połączone z Żoliborzem. Poprawiono nawierzchnie wielu ulic, rozbudowano sieć wodociągową i kanalizacyjną, a także zwiększono produkcję energii elektrycznej. Do wybuchu II wojny światowej Warszawa znacznie zwiększyła długość torów tramwajowych. Ukończona została budowa nowego gmachu Muzeum Narodowego, ukończono Muzeum Dawnej Warszawy oraz Teatr Powszechny.
Warszawa zyskała nowe tereny na rozbudowę. Rada Ministrów przyznała na ten cel część terenów państwowych Mokotowa i Rakowca. Starzyński wykupił na własność miasta między innymi Las Kabacki i Olszynkę Grochowską. W 1937 r. ruszył czteroletni plan rozbudowy stolicy, zakładający między innymi wybudowanie mostu łączącego ul. Karową z ul. Brukową, budowę nowej elektrowni, rozwój terenów zielonych oraz uruchomienie 25-kilometrowego odcinka metra. Realizację planów przerwała wojna.
Kiedy latem 1939 r. sytuacja polityczna w Polsce stawała się coraz bardziej napięta, Starzyński powołał Miejskie Zakłady Aprowizacyjne. Organizowały one zapasy żywności, opału i paliwa. Ogłoszono mobilizację dodatkowych kadr służby zdrowia, Straży Pożarnej i komunikacji miejskiej.
Po napaści Niemiec na Polskę, 8 września, gen. Walerian Czuma powołał Starzyńskiego na stanowisko komisarza cywilnego przy Dowództwie Obrony Warszawy. W Warszawie zaczęły pracować ochotnicze brygady, które pomagały zasypanym ludziom i zabezpieczały bombardowane domy. Starzyński występował w przemówieniach radiowych do ludności stolicy, nawoływał do obrony miasta, podnosząc w ten sposób morale i podtrzymując opór, czym zdobył sobie olbrzymi autorytet.
Po raz ostatni przemówił przez radio do warszawiaków 23 września 1939 r.: „Chciałem, by Warszawa była wielka. Wierzyłem, że wielką będzie. Ja i moi współpracownicy kreśliliśmy plany, robiliśmy szkice wielkiej Warszawy przyszłości. I Warszawa jest wielka. Prędzej to nastąpiło, niż przypuszczano. Nie za lat pięćdziesiąt, nie za sto lat, lecz dziś widzę wielką Warszawę. Gdy teraz do Was mówię, widzę ją przez okna w całej wielkości i chwale, otoczoną kłębami dymu, rozczerwienioną płomieniami ognia, wspaniałą, niezniszczalną, wielką, walczącą Warszawę. I choć tam, gdzie miały być wspaniałe sierocińce, gruzy leżą, choć tam, gdzie miały być parki, dziś są barykady gęsto trupami pokryte, choć płoną nasze biblioteki, choć palą się szpitale – nie za lat pięćdziesiąt, nie za sto, lecz dziś Warszawa broniąca honoru Polski jest u szczytu swej wielkości i sławy”.