敬建議定都關中，但群臣大多是從東方而來，紛紛反對，認為洛陽更好。於是劉邦徵詢張良，張良說：“洛陽建都的東周雖然比秦僅兩世好，但是城郭僅數百里，田地太薄，四面都是平地，容易遭受到攻擊。反觀關中有函谷關、隴蜀的沃野千里，南邊有巴蜀的富庶，北邊有胡人畜牧的便利，可以在三面防守，並向東方牽制諸侯，只要握住渭水通運京師，當東方有變，就可以順流而下。正所謂金城千里，天府之國。婁敬說的沒錯。”於是劉邦決意定都長安，並拜婁敬為郎中，賜劉姓。

漢高帝五年（公元前兩百零二年）置長安縣，高帝七年，定都於此。劉邦開始在渭河南岸、阿房宮北側、秦興樂宮的基礎上重修宮殿，命名為長樂宮。高祖七年（前兩百年）建造了未央宮，同一年由櫟陽城遷都至此，因地處長安鄉，故命名為長安城。漢惠帝元年（前一百九十四年）至五年（前一百九十年）建造城牆。漢武帝設京兆尹治理長安，對長安城進行了大規模擴建，興建北宮、桂宮和明光宮，並在城西擴充了上林苑，開鑿昆明池，建建章宮等。

在西漢的兩百餘年曆史裡，長安一直是全國的政治、經濟和文化中心。自武帝時張騫出使西域，開通商道，長安城成為連線歐亞的橋樑、“絲綢之路”的起點，繁盛一時。全盛時期如漢平帝元始二年（二年）時，城中有8。8萬戶，24。6萬人，成為中國歷史上第一座規模龐大、居民眾多的城市。西漢末年王莽執政時期，長安城一度毀於戰火。至東漢光武帝劉秀定都洛陽，長安改為西京。及至漢末，漢獻帝曾遷都回長安。

漢長安城位於今西安市區西北郊外，面積約三十六平方公里，大約是同時期羅馬城的四倍。長安城有十二座城門和八條主要街道，最長的街道長五千五百米。城內的宮殿、貴族宅第、官署和宗廟等建築約佔全城面積的三分之二。宮殿集中在城市的中部和南部，有長樂宮、未央宮、桂宮、北宮和明光宮等。其中未央宮是從漢惠帝開始的許多皇帝的居住和處理朝政的地方，是中國歷史上最有名的宮殿之一。居民區分佈在城北，劃分為一百六十個“閭里“。市場在城市的西北角上，稱為“長安九市”。在城西有面積廣大的上林苑，苑內主要有昆明池、建章宮等。在城南有一組王莽時期建造的禮制建築。漢長安城一改戰國時期大小城相套的格局，把居民區、工商業區和宮殿區集中在一座城市裡，後世的都城都沿用了這一體系。

漢光武帝劉秀中興漢室，建都洛陽，長安改為西京。

東漢末年，天下紛爭，漢室勢微，漢獻帝曾遷都回長安。

西晉末年，晉愍帝在長安短暫建都。

此後，關中長安地區幾度成為戰爭頻發地，前趙、前秦、後秦、西魏、北周等政權也都將首都設在長安。

隋文帝楊堅建立隋朝後，最初定都就是在漢長安城。當時的漢長安歷經長期戰亂，年久失修，破敗狹小，汙染嚴重，於是隋文帝決定另建一座新城。

唐都長安城開皇二年（五百八十二年），文帝在長安城東南龍首塬南面選了一塊“川原秀麗，卉物滋阜，卜食相土，宜建都邑”（《隋書·高祖紀》）的地方建造新都，新都定名為“大興城”。大興城的面積達八十四平方公里，主要由建築學家宇文愷主持規劃建設，先造大興宮城，後造皇城。開皇三年（五百八十三年）在城西側開挖龍首渠、永安渠和清明渠，引滻水、交水、潞水，直通宮城。第二年由大興城東鑿三百餘里至潼關，名為廣通渠，引渭水注入渠中使漕運直通黃河。六百零五年，隋煬帝楊廣即位，同年，建通濟渠運河，自大興至江都。六百零八年，又興建永濟渠運河。大業九年（六百一十三年）又動用十萬餘人修築大興城外郭城，大興城的總體格局至此形成。

六百一十八年，李淵稱帝，建立唐朝，改大興為長安，