公元前221年秦王政结束了多年的战乱，建立了第一个统一的多民族中央集权封建专制的国家，嬴政称始皇帝。 蓟城从过去的燕国的领地中心转变为秦王朝的北方军事重镇和交通枢纽，是北方地区的政治、军事和经济中心。
公元220至581年的魏、晋、南北朝时期，是中国历史上南北分裂、政权频繁更替、军阀混战的一个特殊时期，也是中国历史上第一次南北民族大融合时期。在这一历史时期，古代北京地区历经曹魏、西晋、十六国时期的后赵、前燕、前秦、后燕和北朝的北魏、东魏、北齐、北周等朝代。这一时期幽蓟地区具有以下特点：1当以中原政权为代表的中央政权力量强大时，幽蓟往往成为北方的经济、贸易中心和北方的军事重镇；2当以中原政权为代表的中央政权力量衰弱时，幽蓟往往成为军事割据势力的中心之一；3当中原政局混乱时，幽蓟又成为北方游牧民族南下中原的军事前哨基地。
公元250年，曹魏镇北将军刘靖亲自实地考察，寻找水源，规划设计，在梁山(今北京石景山)附近修建戾陵堰，开凿车箱渠，引漯水(今永定河)灌溉蓟城附近的农田，这是北京历史上有记载的最早的一项大规模人工灌溉水利工程。
公元605年开始至610年，隋炀帝先后开凿通济渠、邗沟、永济渠、江南河，这便是沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系的大运河，它北起北京，南达江南的杭州，全长4000多里，成为南北交通运输大动脉。隋运河是当时世界上最大的水利工程。 唐代幽州城的规模，据《太平寰宇记》引《郡国志》载：“蓟城南北九里，东西七里，开十门。”据此，城周长32里，约合今23里(每唐里约合今0.72里)，呈长方形。
唐代幽州城的规模，据《太平寰宇记》引《郡国志》载：“蓟城南北九里，东西七里，开十门。”据此，城周长32里，约合今23里(每唐里约合今0.72里)，呈长方形。
五代时期，曾任卢龙军节度使的刘仁恭，占据燕地，驻镇幽州。其子守光兵夺幽州，囚父杀兄，并于乾化元年(911)八月，即皇帝位，国号大燕，改元应天，以幽州为都城。为避免与安禄山大燕同名，故称守光建立燕为“中燕”。中燕仅存三年。后梁、后唐时幽州政区未变，仍以蓟城为治所，直至后晋石敬塘把燕云十六州割给契丹，北京历史开始了新的篇章。
