金人攻占遼南京後，改為中都。在與南宋的戰爭中屢敗宋軍。1141年南宋與金簽訂“紹興和議”，東起淮水中流，西至大散關一線為宋、金邊界，這樣金朝的勢力範圍擴大到淮水流域，在華北平原上的統治也就轉入了相對穩定的狀態。金朝統治者將都城遷到燕京，並開始聲勢浩大的擴建都城工程。中都城沒有簡單沿用舊日城市，而是參照北宋京都汴梁城的規模，按照一個都城的要求，進行大規模的城市改造和擴建。新建的中都，城凡三重，大城中部的前方為皇城，皇城內又有宮城。宮城南門叫應天門，從應天門向南出皇城南麵的宣陽門，直達大城南麵的豐宜門，貫通五門的是相當於全城中軸線的一條禦道，禦道上對稱安排了一係列規模宏偉的建築物。中都城內皇宮富麗堂皇，殿堂巍峨。中都東北部改造成為離宮，北部為繁華的商業區。金朝政府在這裏設有官吏，征收賦稅，管理市場。全城劃為若幹坊，居民計達22.5萬人。人口的民族成分也很複雜，除遼時南京的民族外，還有不少來自西域的回鶻商人定居在這裏。金朝政府為將大批糧食運行到中都，滿足城市人民的消費，重新疏通了運河，著手治理永定河水的泛濫。金中都既是在北京原始聚落的舊址上發展起來的一座大城市，又是向全國政治中心過渡的關鍵，同時在城市建築史上還起了承上啟下的作用。
蒙古族占領北京時，中都遭到很大破壞，但元朝統一中國後，忽必烈決定在這裏建都，稱其為大都。元大都在金中都的東北郊外選擇新址，重建都城。大都城的平麵布局基本上遵循《周禮？考工記》的設計思想，即“匠人營國，方九裏，旁三門；國中九經九緯，經塗九軌；左祖右社，麵朝後市”。大都城平麵呈南北略長的長方形，北麵城牆上有兩個城門，其餘東、西、南三麵均啟三門。城內主要建築物的布局，基本上是合乎前朝、後市、左祖、右社的設計要求（祖為太廟，社為社稷壇）。當時把瓊華島及其周圍的湖泊――太液池作為大都城設計的中心，皇城內的三組宮殿，分列太液池兩岸。環繞三組宮殿的四麵，加築了一道城牆（當時叫蕭牆）。環繞皇城外麵的是大城。在大城的平麵設計上，有一條明顯的南北中軸線，這條中軸線實際上也就是貫穿太液池東岸整個宮城的中心線，從而十分鮮明地突出了宮城的位置。大都城內蕭牆以外的居民區，沿著一定的縱橫街道劃分為50坊。城門內有縱橫交錯的幹道，形成棋盤式格局。城西有一條繁華的商業街，貿易興旺。元大都城的宮殿十分富麗堂皇，馬可？波羅在忽必烈時期到達中國，他用生動樸實的筆觸描述了大都城的壯觀和繁華。元大都不僅是全國的行政中心，也是中外經濟文化交流的中心。許多外國的使節、商人、傳教士、科學家、藝術家薈萃於此，這裏有阿拉伯人和波斯人傳來的天文儀器和曆法，有阿拉伯人主持的回回藥物院和傳來的《回回藥方》。國際交流的加強促進了大都的繁榮。國內各少數民族間、漢族與蒙古族間的經濟文化交流也圍繞著大都城展開。蒙古族吸收了漢族先進的生產技術和經驗，加速封建化進程，大都地區的經濟迅速發展。
遼、金、元三朝幾百年對於北京的經營，不僅使北京在城市規模、布局，宮殿建置、規劃、水利興修、疏浚，道路拓寬、完整等方麵具有首都的功能，而且在行政、經濟、文化交流上符合首都的要求。定都於此，依靠建都久、政治基礎雄厚的優勢，可以充分發揮首都的政治職能。
北京地區的經濟潛力和大運河的開通，是遷都的經濟基礎。北京地區山地與平原相連，土地肥沃、氣候適中，周圍還有五大水係可以灌溉農田。但由於這一地區自古便是軍事重鎮，人口稀少；加之漢族與各少數民族雜處，所以經濟發展水平並不高，這裏的地麵河流經常泛濫，不但威脅城市安全，還衝毀大量良田。由於這裏是溫帶大陸性季風氣候，年降水量過於集中，往往造成旱澇災害，給北京地區農業生產和人民生活帶來不利影響。所以唐、五代以前這裏的經濟發展水平並不高。隨著遼、金、元三朝在這裏的經營，漢族和少數民族融合加強，城市人口增多，農業、手工業和商業貿易迅速發展起來。元大都的手工業發展最為迅速，元朝政府建立了規模空前的官營手工業作坊，以滿足蒙漢貴族地主的消費享樂。元政府設立了許多機關管理手工業，如大都人匠總管府、諸色人匠總管府、諸司百人匠總管府等。官營手工業經營的範圍很廣，從軍隊需要的武器、士兵穿的衣帽到達官貴族的玩物，無所不造。官營手工業規模很大，分工也很細。元朝在官營手工業中實行匠戶製度，手工業生產者失去了人身自由，身份如同工奴一樣。元朝大都的手工業生產在高壓政策下發展很快，成為全國手工業中心。金、元時期北京的發展和繁榮，促進了商業貿易的發展。元大都不僅是全國的政治中心，也是當時世界上著名的經濟中心之一。世界各地的商隊、使團絡繹不絕，歐洲、中亞及南洋商人都在大都居留經商，往來貿易。大都市場物品豐富，全國的財物輸入川流不息。以大都為中心，東、南、西、北形成一個個經濟交流中心。手工業和商業貿易的發展促進了農業的發展。元政府在大都地區發展農業生產，推廣生產經驗。金、元時期十分注重對北京地區河流的整治，重新疏通了運河，整治永定河的泛濫，使水路漕運更為發達。