Chris Matheson blir ledamot i valkretsen, med konservativa Stephen Mosley förlorar med bara 93 röster.
Kansler George Osborne ökade sin majoritet i Tatton, och den konservativa tog 58,6% av rösterna.
Osborne tweetade: "Handlade att representera människor i Tatton under de kommande fem åren.
"Kommer alltid att försöka representera hela samhället, oavsett hur folk röstade."
Utanför Chester stadsmurarna höll de konservativa alla sina Cheshire platser, med Crewe & Nantwich, Congleton, Macclesfield, Weaver Vale, Eddisbury och Warrington South alla förblir beslutsamt blå.
Warrington North var ett holdingbolag för Labour, och Helen Jones ökade sin majoritet. Partiet höll också Halton och Ellesmere Port & Nesson.
Labour besegrade de konservativa i staden Chester med de smalaste marginalerna, med två omräkningar som krävdes.