北京城的興起與北方遊牧民族的入侵有很大關係，唐代時，幽州就已經是唐政府與遊牧民族對峙的前沿陣地了，慢慢地，北京逐漸從一個邊地的軍事城鎮變成了中國的首都，在這個過程中元朝發揮了很大的作用，正是在元朝的經營下，北京城變成了一個世界性的國際化大都市。
至元八年（公元1271年），忽必烈正式廢棄蒙古國號，按照《易經》中“大哉乾元”之意，改國號為“大元”，第二年，忽必烈命名正在營建中的新城為大都（今北京），從此以後北京開始成為全國政治中心，元、明、清三代的都城。元大都是當時世界上最偉大的城市，西方人習慣稱之為“汗八里”，“八里”是突厥語中“城市”的譯音，“汗八里”的意思就是“汗城”，“汗”是古代蒙古傳統中最高統治者的稱號，相當於華夏傳統中的“皇帝”。
元大都佈局復原圖
元大都坐北朝南，共有三套方城，分別是外城、皇城、宮城。外城是一個南北略長的長方形，《元史·地理志》裡面記載：“城方六十里”，現代的考古學家根據歷史遺蹟做了實地測量，南北長7600米，東西寬6700米，周圍一共約28600米，大體上與記載相符合。城牆全部用夯土築成，意大利著名旅行家馬可·波羅在他的遊記中描寫大都的城牆說：“牆底寬約十步，向上遞減，頂寬不超過三步，所有的城垛都是白色。”土城牆最怕雨水淋蝕，為了保護土牆，元朝政府規定專門在文明門外設立葦場，編排葦草將整個土牆覆蓋起來，以防雨水把土牆摧塌。但是這種方法並不能很好解決防雨問題，因雨水毀壞城牆的事在元代時有發生，發生戰爭的時候城牆上面的葦草還很容易遭到敵人的火攻。外城的四角建有巨大的角樓，城牆外是又深又寬的護城河，外城共有十一座城門，城門的名字來自《易經》裡面的卦象，如健德門的名字源於乾卦裡面的文字“天行健，君子以自強不息”，意思是天的運行剛強勁健，君子因此不停的自我奮發圖強。安貞門的名字來源於坤卦裡面的文字“安貞吉”，意思是安順守正可以獲得吉祥。
皇城在外城內的南部中央地區，大都在剛開始修建是，宮城外面沒有皇城，只派軍隊環繞守衛宮城，皇城是後來出於加強保衛的目的才開始修建的，皇城的城牆當時稱蕭牆，也叫闌馬牆，這是因為守護皇城的都是蒙古騎兵，大概是城牆比較矮，僅能阻攔軍馬而已。皇城內有太液池縱橫南北，就是今天的北海和中海。宮城在皇城內稍微偏東部地區，是一個南北長，東西短的長方形。宮城的城牆是用磚砌的，比皇城要更加堅固，而且美觀。宮城的中心位於大都全城的中軸線上，整座城市的所有重要建築或是排列在中軸線上，或是排列在中軸線左右，為城市報時的鼓樓和鐘樓就建在這個位置，馬可·波羅在遊記中特別提到了大都的鐘樓：“新都的中央，聳立著一座高樓，上面懸著一口大鐘，每夜鳴鐘報時。第三次鐘響後，任何人都不得在街上行走。除非遇有緊急事務，如孕婦分娩或遊人生病，非外出請醫生不可者可以例外。但是如果遇到這種情況，外出的人必須提燈。”
明朝剛建國時，朱元璋定都南京，當時明朝和元朝還在發生戰爭，大將軍徐達進入大都後，立即將元朝皇城保護了起來，因此元朝皇城得以完好無損地保存下來，徐達為了加強城防，防備元軍捲土重來，命令指揮華雲龍“經理故元都”，採取兩項措施改造大都，一項是縮小城圈，大都北部居民稀少，比較空曠，便被放棄了，在南面5裡的地方另外新筑北城牆，開設兩個城門，不再使用元朝的門名，另一項措施是加固城牆，將土牆用磚包砌城牆外側。朱元璋封自己的第四子朱棣為燕王，封地在北平，即元大都。朱元璋死以後，皇太孫朱允炆繼位，年號建文，建文帝實行削藩政策，最後引發燕王朱棣起兵南下，自稱“靖難”，攻佔南京後，即皇帝位，是為明成祖，年號永樂。
明北京城平面圖
朱棣當上皇帝以後，想要把都城遷到北京，於是下令重新營建北京城，營建工程極為浩大，每年使用軍民上百萬人，北京城在原元大都稱的基礎上，模仿南京城的規制，“凡廟社、郊祀、壇場、宮殿、門闕，規制悉如南京，而高敞壯麗過之”。明代北京城和元大都相比，有很多地方發生了改變。明代的宮城和元代宮城在同一南北中軸線上，但位置南移了，元代宮城四周沒有城壕，明代則在宮城四周挖了城壕筒子河，在宮城內挖了金水河，築了金水橋，挖河的廢土和元皇城拆遷的土渣被堆築成了一座土山，這座土山坐落在中軸線上，成為全城的制高點，明前期稱為“大內之鎮山”，萬曆時命名位“萬歲山”，又俗稱“煤山”，明朝最後一個皇帝崇禎皇帝就是在煤山上吊自殺的。由於宮城南移，北京城的南城牆也向南推移了，原來元大都的南城牆就空出位置來了，在這上面修築了東西向的大街，就是今天的東、西長安街。東城牆的崇仁門被改名為東直門，西城牆的和義門改名位西直門。永樂十九年（公元1421年），明成祖朱棣在新建的皇宮中“御奉天殿受朝賀”，自此正式遷都北京，升北京為“京師”，改原京師為南京，作為陪都。
順治元年（公元1644年），清朝攝政王多爾袞統帥近12萬大軍抵達山海關，明朝山海關守將吳三桂開門迎接清軍入關，隨後，清軍和吳三桂聯軍打敗了李自成的農民，清軍進佔北京後，順治帝於同一年從瀋陽遷來北京，並在天壇告祭天地，即皇帝位，宣佈定都北京。
甕城與箭樓
清朝建都北京後，完全沿用明朝的北京城，沒有改變北京城的佈局。但這不能說明清朝對北京城毫無建樹，恰恰相反，清朝曾經不斷地修補北京內外的城牆，建國後人們看到的北京城城磚大部分都是清代的磚，不僅如此，清朝還對北京城進行了許多改建與增建。明代時外城的甕城之內沒有建造箭樓，乾隆三十一年（公元1766年）各個甕城增建箭樓，並且重建了各門的甕城，這些甕城形制略有不同，有半圓形的，有方形的，大小也有差異，箭樓的形制則大致相同。現在北京城外城的城牆、城樓、甕城、箭樓、角箭樓等都不存在了，2001年北京市政府決定在永定門城樓正北40米處重新修復永定門城樓，2004年完工。
紫禁城平面圖
順治元年（公元1644年）將皇城正門的外門大明門改成大清門，並在石匾上用滿、漢文刻上“大清門”，大清門是皇城正門天安門的外門，又稱“皇城第一門”，單簷歇山式屋頂，頂鋪黃琉璃瓦，門前左右各有一個石獅子和一塊下馬碑，中華民國改大清門為中華門，做了一塊木匾，中華門在1958年擴建天安門廣場時被拆除了，1977年在此地修建了毛澤東紀念堂。在清代是，凡是有朝廷大典，都要在天安門上舉行頒詔儀式，詔書在天安門上宣讀之後，用一個木雕的金鳳凰口銜降下，由禮部官員手託接住送往禮部，再用黃紙譽寫，傳送全國，這就是所謂的“金鳳頒詔”。進入天安門，迎面是端門，康熙六年重新修建了一遍，門制與天安門相同而略小，再往裡面去便是午門，午門是紫禁城的正門，明清時皇城專稱“紫禁城”。進入午門後，首先是一條內金水河，與天安門前的外金水河遙相呼應，河上有五座白玉石橋，石橋的柱石欄杆都裝飾有龍鳳圖案，過內金水河，再過太和門，就是外朝三大殿，明代時稱奉天殿、華蓋殿、謹身殿，清代依次改名位太和殿、中和殿、保和殿，其中太和殿是清朝舉行大典的地方，新皇帝登極，每年元旦、冬至、萬壽聖節（皇帝生日）三大節，都要在太和殿升座，接受朝拜。三大殿後面是內廷，是皇帝和后妃們居住的地方，內廷有三扇並列的門，中間是乾清門，進去是乾清宮、交泰殿、坤寧宮，西面是內右門，進去是養心殿和西六宮，東面是內左門，進去是齋宮和東六宮。
乾清宮
1949年1月，北平和平解放，所有古建築都安然無恙，沒有受到任何破壞。建國後，北京成為新中國首都，新北京的建設被提上了日程，新北京的建設建立在北京古建築和城牆被拆除的基礎之上，高樓大廈遍地起，北京的面貌日新月異，遺憾的是太多的文化古蹟不見了，這樣的城市也便“泯然眾人矣”，沒有了自身的特色。
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