1368年（洪武元年）八月，明朝大将徐达攻陷元大都。由于元顺帝不战而逃，城市未受到破坏，完整地保留了下来。但是由于城池过大，不利于防守，于是徐达决定将北城墙向南移2.8千米，放弃城北的城市建设预留用地。同时用城砖将城墙外侧包砌起来，以提高其防守能力。1370年，明太祖朱元璋封四子朱棣为燕王，就藩于北平。1379年燕王府竣工，1380年朱棣到北平就藩。
1398年明太祖驾崩，由于太子朱标早死，由皇太孙朱允炆即位，年号建文。建文帝为巩固皇权，与亲信大臣齐泰、黄子澄等密谋削藩。1399年朱棣发动靖难之役，于1402年夺得帝位，1403年改北平为北京。1406年（永乐四年），开始筹划迁都北京，并在燕王府基址上营建西内。次年西内落成。1409年在昌平天寿山营建寿陵。1420年，建成紫禁城宫殿、太庙、太社稷、万岁山、太液池、十王府、皇太孙府、五府六部衙门、钟鼓楼，同时将南城墙南移0.8千米，以修建皇城。1421年（永乐十九年）正式迁都北京。此后又在北京南郊修建了天地坛和山川先农坛。
1436年至1445年，明英宗又对北京城进行了第二次增建，主要工程包括：将城墙内侧用砖包砌；开挖太液池南海；建九门城楼、瓮城和箭楼；城池四角建角楼；城门外各立牌坊一座；护城河上的木桥全部改为石桥，桥下设水闸，河岸用砖石建造驳岸。整修之后的京城周长22.5千米，形成了极其坚固的城防体系。在京城远郊建设了皇陵以及昌平城、拱极城和内长城等防御设施。
北京城建成后，曾多次面临蒙古瓦剌部的入侵，成化年间曾提出在京城外加筑外城的建议。直到嘉靖九年（1530年）开始修筑外城，最初规划的外城长35千米，东西8.5千米，南北9千米，设城门11座、敌台176座，西直门外和通惠河设置水闸两处，其他低洼地带设置水关八处。由于工期浩大，又因明朝用兵频繁，再加上1557年紫禁城大火灾后将财力物力集中于宫殿的重建，因此外城只完成了南部建设就与内城草草连接，之后一直没有再筑。1564年增筑外城各城门的瓮城。嘉靖初年还在四郊新建了圜丘坛、方泽坛、朝日坛、夕月坛。由此形成的北京城市布局一直延续了400多年。(www.xing528.com)
永乐皇帝正式迁都北京后，贯穿南北的大运河已经疏通，全国各地的商品和物资源源不断地输往北京，农业、手工业生产技术在这里得到广泛的交流，北京的经济、文化有了显著的发展。由于有庞大的贵族消费群体，以及首都的功能定位，北京成了当时全国最大的消费城市。
《永乐大典》的编修造就了中国典籍史的巅峰；郑和下西洋沟通了海上丝绸之路，扩大了对外交往。随着城市交通发达、农产品的商品化和手工业的发达，在全国已形成庞大的商业网络，北京也成为当时全国最大的商业城市。
明朝末年，中原灾荒严重，社会阶级矛盾极度尖锐，各地农民纷纷起义，以李自成为首的农民起义军提出“均田免赋”等口号，获得广大人民的欢迎。1644年李自成建国大顺，3月，李自成率军北伐攻陷大同、宣府、居庸关，最后攻克北京。崇祯帝在煤山自缢，明朝作为统一国家结束。
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