明成祖于永乐四年（1406年）起，开始为迁都北京作准备，大规模营建北京城。明成祖派大臣到全国各地采木备料、征调工匠、疏通运河、南粮北运。永乐十五年（1417年）开始大规模兴建宫城，三年后，基本竣工。
同元大都相比，新建的北京城把全城的中心线向东移了约150米，作为全城的中轴线。新建的宫城紫禁城稍向南移。紫禁城南面正中的午门和北面正中的玄武门，以及城内的主要宫殿，一律居中建造在这条中轴线上，以体现帝王是天下权力的中心。
在紫禁城和皇城之间、中轴线左右两旁，分别建筑了太庙和社稷坛，仍然保持“左祖右社”的制度。在社稷坛以西，开凿了南海，扩大了皇城中的水面。在紫禁城北的中轴线上，堆筑了景山。它被看做是“镇山”，以此象征着前朝的彻底灭亡和本王朝的长治久安。在景山北面中轴线的顶点上，建筑了钟楼、鼓楼。在正阳门外以南的东西两侧对称的位置上，分别建造了天坛和地坛。
改建的北京城，城墙全部用砖砌，周长为20千米。16世纪中叶，明王朝为了加强防守，准备在城的四周再做一圈防御性的外城。后因财政困难，只完成了南部外城，使整个北京城形成了一个凸字形。这种格局一直保持到新中国成立。
科学家们利用遥感技术拍摄了全北京城的鸟瞰照片后，结合史料发现，明代北京城的设计建造呈双龙布局形状，一条水龙和一条陆龙衔山环水，蔚为奇观。
北京的“双龙”中，水龙以南海为龙头部分，湖心岛是龙眼，中南海和北海构成龙身，什刹海是龙尾，摆向西北方向。陆龙俯卧在北京的中轴线上，天安门宛若龙吻，金水桥为龙的颔虬，东西长安街仿佛龙的两条长须，从天安门到午门一带是龙鼻骨部，太庙和社稷坛如同龙眼，故宫恰似龙的九骨龙身，四座角楼好像是龙的四爪伸向8个方向，景山、地安门大街和钟鼓楼构成龙尾，正阳门好似一颗宝珠。通览北京中轴线上的古建筑，呈现出巨龙锁珠之势，极富匠心。
