Trải qua thăng trầm của lịch sử, trong giai đoạn này, Thăng Long không phải là Thủ đô của nước ta.
Như một quy luật, nhà Trần sau một thời gian hưng thịnh, đã đi vào suy thoái, Hồ Quý Ly cướp ngôi, lập ra nhà Hồ (1400 - 1407), ông xây dựng một đô thành mới, thủ đô được di chuyển về Thanh Hoá, gọi là Tây Đô. Thăng Long đổi thành Đông Đô, nhưng đến năm 1406 nhà Minh sang xâm lược Đại Việt, đánh chiếm Thăng Long, chúng đóng đô ở Đông Đô và đổi tên thành Đông Quan.
Năm 1418, cuộc khởi nghĩa Lam Sơn bùng nổ, năm 1428 chiến dịch giải phóng Đông Quan đã thắng lợi. Dưới triều đại nhà Lê (1428-1527), sau khi Lê Lợi giải phóng đất nước, kinh đô được đặt ở Phú Xuân (Huế), Đông Đô được đổi tên thành Đông Kinh.
Đến triều đại nhà Nguyễn (1802-1945), năm 1802, nhà Nguyễn đặt kinh đô ở Huế, Đông Kinh trở lại tên gọi Thăng Long. Năm 1831, vua Minh Mạng cải cách bộ máy hành chính, chia cả nước thành 29 tỉnh, trong đó có tỉnh Hà Nội gồm thành Thăng Long, huyện Từ Liêm của trấn Sơn Tây và ba phủ Ứng Hoà, Thường Tín, Lý Nhân của trấn Sơn Nam. Thăng Long hạ xuống thành tỉnh lỵ Hà Nội. Hà Nội nghĩa là tỉnh nằm trong (nội) hai con sông (hà) là sông Hồng và sông Đáy.
Các công trình văn hoá và sinh hoạt văn hoá cũng có những biến đổi. Quốc Tử Giám dời vào Huế, Văn Miếu thuộc tỉnh Hà Nội quản lý. Một số cửa ô được xây dựng lại, trong đó có ô Quan Chưởng (1817). Đặc biệt, thời kỳ này đã có một số tư nhân (Nguyễn Văn Siêu, Nguyễn Đăng Giai) đứng ra quyên góp xây dựng một số công trình như quần thể đền Ngọc Sơn, chùa Báo Ân 108 gian bên bờ Hoàn Kiếm.
Bản đồ Hà Nội năm 1873, do ông Phạm Đình Bách lập