元朝末年，旱蝗频仍，饥疫流行，元政不振，天下大乱。正所谓“乱世出英雄”。元至正二十四年（1364），朱元璋即吴王位，建百官。二十六年八月，改筑应天城（今南京），建新宫于钟山之阳。十二月决定，以翌年为吴元年，建庙社宫室，祭告山川。二十八年正月初四日，朱元璋正式即皇帝位，定有天下之号曰“明”，建元洪武，以应天府（今南京）为都。洪武元年（1368）闰七月十一日，徐达与诸将率领的大军会师于山东临清，而后明军北伐。这月二十八日，明军攻克通州，元顺帝逃亡上都。八月初二日，徐达率军攻下元大都，改名北平。初九日，徐达命指挥华云龙经理故元都，即将元大都城北部废弃，于其北城墙南五里新筑北平城北墙，即德胜门、安定门一线城墙，长1890丈。当时的金中都旧城（时称北平南城）周垣尚有5328丈。十四日，“改大都路曰北平府”，一代辉煌的元朝大都，降格为北平府城。洪武三年四月，封皇四子朱棣为燕王。转眼十年过去，于洪武十三年三月十二日，燕王朱棣到达封国北平，以元故隆福宫为燕王府邸。因为已册立的皇太子朱标比其父洪武皇帝死的还早，所以明太祖洪武帝死后，便传位于长孙即已故太子朱标的儿子朱允炆，是为建文帝。建文帝在其辅臣的劝导下，为了保住皇位，千方百计地削弱甚至剥夺在各地称王的诸位叔叔的权势。俗话说“柿子先拣软的捏”，建文元年（1399）四月至六月间，湘王朱柏、齐王朱榑、代王朱桂、岷王朱楩先后被剥夺王爵，废为庶人。湘王朱柏还因此自焚而死。眼见大祸就要临头，难以躲过，这年七月，燕王朱棣在谋士姚广孝的鼓动下，首先领兵造反，打着“靖难”的旗号，先将北平附近收拾安顿了，然后率军南下，锋芒直指南京。经过三四年的刀枪挥舞、剑戟碰撞，于建文四年（1402）六月十三日，燕王朱棣的军队打进南京城，建文皇帝是藏起来了，还是逃跑了，是死是活，下落不明，反正朱允炆的小王朝是被推翻了。四天之后，燕王朱棣登上皇帝宝座，建元“永乐”，是为明成祖。
《明史·成祖纪》记载：永乐元年（1403）正月十三日，“以北平为北京”。二月初三日，“改北平府曰顺天府”。永乐四年闰七月初五日，“诏以明年五月建北京宫殿”，遂命工部尚书宋礼到四川，右侍郎师逵到湖广，户部左侍郎古朴到江西，右副都御史刘观到浙江，右佥都御史仲成到山西，分别督催军民采木，为修建北京宫殿准备物料。当时，采办木料的夫匠，每人每月给米五斗，银三锭。同时，命泰宁侯陈珪、北京行部侍郎张思恭负责督催军民匠夫烧造砖瓦，也是每人每月给米五斗。又命工部在全国范围内征调各种匠人，如木匠、铁匠、石匠、泥瓦匠、油彩匠等。命在北京的各军卫以及河南、山东、陕西、山西各都司，还有中都（凤阳）留守司并直隶（指苏皖二省）各军卫，负责选调军士；命河南、山东、陕西、山西等布政司和直隶凤阳、淮安、扬州、庐州、安庆、徐州、和州等地负责选调民工。所有被选调的匠人、军士、民工等，都在永乐五年（1407）五月赶到北京，参加营建北京宫殿城池的伟大工程。当时规定半年一轮换，每人每月给米五斗。
在永乐间营建北京宫殿城池时，因为要将太庙和社稷坛都建在宫城即紫禁城的前面（元大都时，太庙在齐化门内路北，社稷坛在平则门内路北），便将当时北京城的南城墙向南拓建约二里，即于崇文门、正阳门、宣武门东西一线新建北京城南城墙。结果，将元代本在文明门（大致在今东单十字路口南侧）外的一段通惠河圈入北京城内。在北京火车站所在地，旧日有泡子河，就是元文明门外通惠河的一段。永乐七年五月，决定在昌平县（当时昌平县治在今昌平西之旧县村）东的黄土山营造山陵，遂封其山曰天寿山。这些重大决策预示着明朝的国都将有重大变化。永乐十八年九月二十一日，永乐帝诏令“自明年正月初一日始，北京为京师，不称行在”。十一月初四日，“以迁都北京诏天下”。从此，北京成为大明王朝的首都。但半年还未到，十九年四月初八日，紫禁城内的前朝三大殿即奉天殿、华盖殿、谨身殿便失火烧毁。次年闰十二月二十五日，后庭的乾清宫也遭火灾。因此，明成祖永乐帝死后，继任者明仁宗于洪熙元年（1425）正月二十七日决定，将都城还是迁回南京，而北京的各政府衙门都称“行在”，代朝廷行使职权的“北京行部”和“行后军都督府”也都恢复，还设了北京“行都察院”。但是，国都回迁南京的事迟迟没有实际行动，大概是因为明仁宗在洪熙元年五月就死了，在位不到一年，未来得及迁都。皇太子朱瞻基继位（明宣宗）后，对于迁都的事，朝廷上下意见不一，故犹豫难决。宣德七年（1432）六月十七日，明宣宗埋怨皇城东安门外在通惠河边居住的人太多，又逼近皇城墙，整天喧嚣之声响彻大内，皇宫内不得安静，于是命行在工部将皇城东墙改筑于通惠河的东岸，即将原在皇城外的一段通惠河包入皇城内。那么，旧日在河边居住的居民迁到哪里去呢？原来在皇城西南隅墙外有广阔的空闲地，便将东安门外缘河居住的人家都迁往那里。所以，让锦衣卫指挥、监察御史、给事中各一人，三人合作实地估量应迁居民的旧居占地的多少，然后将皇城西南隅墙外的空地如数划给他们，让他们盖新房居住。《明宣宗实录》记载：第二天，行在工部说：修筑东安门外的皇城墙，估计需用六万五千人，民夫不足，请求由成国公朱勇所统领的士兵三万五千人帮助筑皇城东墙。宣德帝说：“现在这样炎热，怎么能轻易兴工呢？等秋凉以后再说吧！”话是这么说，但面对皇帝想移建皇城东墙的意愿，谁敢怠慢！当年八月十三日，皇城东墙就迁建于通惠河东岸了，皇城内的一段通惠河再也不能行船了。直到正统六年（1441）十一月初一日，重建乾清宫、坤宁宫二宫和奉天、华盖、谨身三大殿的工程告竣后，明英宗才最终决定“定都北京”，北京的文武诸司不再称“行在”。迁都南京的事化为泡影。
嘉靖中，蒙古俺答、朵颜、吉囊、阿不孩、瓦剌等部不断入塞侵扰大明北疆，甚至进到京城近郊，严重威胁着京师的安全。《明世宗实录》记载：嘉靖二十九年（1550）底，就有“重都城之守”、“筑关厢之城”等议论。在这样的背景下，有人说京师正阳门、崇文门、宣武门三门外关厢，应该修筑外墙，长约5780丈。再建门楼五座。如果让三关厢的居民，每家出一个劳力，共可得1万人，修筑三关厢外墙的工程100天就可完成。但兴工后不久就停了下来。三十二年三月底，兵科给事中朱伯辰上书，大意是说：我看洪武皇帝定鼎金陵（南京）后，当时就修筑金陵外城，皇帝考虑宏远，是为江山万年之计。永乐皇帝迁都北平，北京距边塞很近，为什么北京只有城而没有外郭呢？因为永乐间建北京时，可以说是营建都城刚刚开始，未来得及考虑周全。近来因为边境敌情告紧，皇上重视大臣的建言，要修筑南面的关厢外城，众多臣民太幸运了。但因为主管建外城的大臣方法不当，毁坏民舍，趁机敛财，惹得民怨沸腾。而且所筑外面城墙仅仅是正南一面，规制褊狭，所以墙未筑成很快就停工了。我个人认为城外居民很多，不下数十万户，又四方万国商旅来京，货物聚集，需要有外郭以围护。况且如今边塞警报频频，真是不可掉以轻心，不能不及时作打算。我曾经到四郊去走过，去看过，见四郊都有土城故址，几乎环绕一周，长约有一百二十里。如果仍然循着土城遗址，将低处加高，薄处培厚，缺处补修，断处接上，就可省工省力，收到事半而功倍的效果。
嘉靖皇帝就这件事征询大学士严的看法，严说：“现在修筑外城，是大家共同的心愿和期盼，如果修成了，也是一劳永逸的事。在修筑外城时，难免会遇到掘毁人家的坟墓，搬迁居民的房舍等这类事，为了修筑京师外郭这一大计，也就不能惋惜和抚恤了。”后经兵部会同户、工二部议定，请皇帝委派官员进行实地考察后，择日兴工。嘉靖皇帝还特别交代“外城须四面修筑，以全王制”。这年闰三月初十日，兵部尚书聂豹等奏称：臣等“相度京城外四面宜筑外城约计七十余里。……外城基址：臣等踏勘得自正阳门外东马道口起，经天坛南墙外及李兴、王金箔等园地，至荫水庵墙东止，约计九里。转北经神木厂、獐鹿房、小窑口等处，斜接土城旧广僖（熙）门基止，约计一十八里。自广僖（熙）门起转北而西，至土城小西门旧基，约计一十九里。自小西门起，经三虎桥村东马家庙等处，接土城旧基，包过彰义门，至西南直对新堡北墙止，约计一十五里。自西南旧土城转东，由新堡及黑窑厂经神祇坛（即山川坛，也叫先农坛）南墙外，至正阳门外西马道口止，约计九里。大约南一面计一十八里，东一面计一十七里，北一面势如椅屏计一十八里，西一面计一十七里，周围共计七十余里。内有旧址堪因者约二十二里，无旧址应新筑者约四十八里。……外城规制：臣等议得外城墙基应厚二丈，收顶一丈二尺，高一丈八尺。上用砖为腰墙垛口五尺，共高二丈三尺。城外取土筑城，因以为壕。正阳等九门之外，如旧彰义门、大通桥，各开门一座，共门十一座。每门各设门楼五间。四角设角楼四座。其通惠河两岸，各量留便门，不设门楼。城外每面应筑敌台四十四座，每座长二丈五尺，高二丈，收顶一丈二尺。每台上盖铺房一间，以便官军栖止。四面共计敌台一百七十六座，铺一百七十六所。城内每面应筑上城马道五路，四面共计马道二十路。西直门外及通惠河二处，系西湖玉河水出入之处，应设大水关二座。八里河、黑窑厂等处，地势低洼，潦水流聚，应设小水关六座。城门外两旁，工完之日，拟各盖造门房二所，共二十二所，以便守门人员居处……”
从上面所引《明实录》的史料来看，当时对修筑北京外城不能不说是踏勘认真，规划周密，设计科学，用心良苦。但是，自当年闰三月十九日建京师外城兴工后，还不到一个月，上从嘉靖皇帝，下到辅臣严和督理工程的官员，便一个个顾虑重重，大有要退缩的样子。四月十一日，嘉靖皇帝对辅臣严等说：“建城一事固然很好，但不可伤害财力，白白忙碌一番。如果城墙下部用土筑，上面包以砖石，必定不耐长久。必须围墙用土夯筑坚实，门楼用砖包筑可以承重。这样的话，一两年内定难完成。朕听说西面是最难施工的，这是开始时不可不预先考虑到的。”严将嘉靖皇帝的谕旨传示各督理工程的官员，其中陈珪说：“修筑四面重城，原来议定用土坚筑，只是其垛口、腰墙及各城门始用砖砌。只有西面地势低下，地多沙土，稍难施工。应该先筑完南面，再转筑东面、北面、西面，依次根据实际情况修理。”嘉靖皇帝批准了陈珪的意见，但他还是顾虑工程重大，需要大量人力、物力、财力，功成不易，主张先建南面，等到物力、财力都充裕时，再因地制宜，规划设计，以建成四面城墙。于是，嘉靖皇帝便让严与督理工程的官员进一步会商。会商的结果是：京城的南面，民多物繁，亟宜卫护。现在筑城的丁夫既已聚集起来，筑墙的夹板开始搭建，必须取好土夯筑坚实，以图持久。筑完一面后，结算用费多寡，其余三面，即可类推。在这之前的规划，原是四面筑墙，所以南墙横阔有二十里。如今既然只筑南面城墙，那么筑到十二三里时就当收缩，这样不至于浪费财力。现在准备将正在筑着的正南一面城墙，东折转北接京城东南角，西折转北接京城西南角，集中人力物力修筑坚固，可以按期完成。至于东、西、北三面外城墙怎么修筑，等再作计划上报。就这样，永乐年间中筑的北京城与嘉靖年间筑的北京外城相结合，形成了明北京城“凸”字形城郭。
自从明永乐年间迁都北京，军国之需，皆仰给于江南。换句话说，国都北京对米粮的需求，全赖京杭大运河的漕运。所以，明代京杭大运河的漕运制度日益详备。
