618年，李渊称帝，建立唐朝，改大兴为长安，此后进一步修建和完善。唐太宗和唐玄宗年间先后增建了大明宫和兴庆宫等宫殿。
唐长安城周长达35.56公里，面积约84平方公里，是现在西安城墙内面积的9.7倍，汉长安城的2.4倍，隋唐洛阳城的1.8倍，元大都的1.7倍，明南京城的1.9倍，明清北京城的1.4倍，公元447年所修君士坦丁堡的7倍，公元800年所修巴格达的6．2倍，古代罗马城的7倍。至盛唐，长安为当时规模最大、最为繁华的国际都市。
唐长安城是世界历史上第一个达到百万人口的大城市。唐长安的人口中，除居民、皇族、达官贵人、兵士、奴仆杂役、佛道僧尼、少数民族外，外国的商人、使者、留学生、留学僧等总数不下3万人。当时来长安与唐通使的国家、地区多达300个。
唐的科技文化、政治制度、饮食风尚等从长安传播至世界各地。另外，西方文化通过唐长安城消化再创造后又辗转传至周边的日本、朝鲜、缅甸等国家和地区。唐长安成为世界西方和东方商业、文化交流的汇集地，是当时世界上最大的国际大都会。
唐长安城由外郭城、宫城、皇城3部分构成，总面积84多平方公里。外郭城平面长方形，东西长9721米，南北宽8651.7米，周长36.7公里。每面有3座城门，南面正门明德门和丹凤门为5个门道外，是都城的最高等级。宫城位于廓城北部中央，平面长方形、南北1492米，东西2820米。
中部为太极宫{隋大兴宫}，正殿为太极殿{隋大兴殿}。东为皇太子东宫，西为宫人所居的掖庭宫。皇城接宫城之南，有东西街7条，南北街5条，左宗庙，右社稷，并设有中央衙署及附属机构。后来，唐太宗{李世民}为其父所修避暑的大明宫，唐玄宗{李隆基}又把自己当临淄王时的王府改扩建成了兴庆宫，三座宫殿合称“三内”。
东城西城分别有东市和西市两座市场，集中了长安城的主要商业。城内有四条沟渠提供生活和环境用水。城东南角有一座人工园林——芙蓉园，园中有曲江池。
唐长安城的形制是中国古代城市、尤其是都城建设的典范，在当时也影响了邻近国家的都城建设。
日本国的平城京和平安京、渤海国上京龙泉府都高度效仿了长安城的规划。
洪武二年{1369年}，朱元璋改奉元路为西安府{西安这个名字第一次出现}，并在唐长安城皇城的基础上，修建了西安城墙，留存至今，是中国现存最完整的一座古代城垣建筑。
明朝建国之后，朱元璋对于南京作为国都不甚满意，一直心怀迁都之意，他和太子朱标最钟意的迁都之选正是长安。
洪武二十四年{1391年}，监察御史胡子祺上书，提到“据百二河山之险，可以耸诸侯之望，举天下形胜所在，莫如关中”。朱元璋顿时心动，但不形言表。经过仔细考虑后，他派太子朱标巡视关中，并告谕天下：“天下山川，惟秦中号为险固，向命汝弟{指朱元璋第二子秦王}分封其地，已十余年，汝可一游，以省观风俗，慰劳秦民。”其实已经颇有迁都关中的打算。
太子朱标详细考察了西安和洛阳，比较两地地形，回来后向朱元璋献《陕西地图》。太子朱标个人也倾向于选择西安为国都，因为长安作为最为国人仰慕的汉唐国都，王者气派天下独步、无可匹敌。然而世事难料，太子朱标返回南京后于第二年病逝，谥号“懿文太子”。
太子朱标壮年而逝，白发人送黑发人，年近七十的朱元璋受到沉重的打击，再也没有精力和心情考虑迁都的事情。
朱元璋在当年底亲自撰写的一篇《祀灶文》中，表达了万般无奈的心情：“朕经营天下数十年，事事按古就绪。维宫城前昂后洼，形势不称。本欲迁都，今朕年老，精力已倦，又天下初定，不欲劳民。且兴废有数，只得听天。惟愿鉴朕此心，福其子孙。”一副听天由命的可怜相，听起来真是异常凄凉。
此后不久，朱元璋也郁郁而终，皇位传于太子朱标的长子{皇太孙}朱允炆，史称建文帝。
建文帝即位后数年，驻守北平的燕王朱棣{朱元璋第四子}发动“靖难之变”，篡夺了皇位，并不顾南京城内多数臣民反对，强行将国都迁往自己的势力据点－－北平。
长安，也就失去了宝贵的重新成为中国国都的机会。明末，李自成率军攻破陕西，进入西安建立大顺zhèng quán，并从西安出师攻灭明朝。然而，吴三桂投靠清朝，以致清兵入关，攻灭大顺zhèng quán。明钱谦益《袁伯应南征吟小引》：“今长安关河四塞，自古帝王之州，一旦为蚁贼残破，伯应{袁可立子}之忧愤视子美又何如？”
“此地有绢