隋大兴在历史上存在了37年,便被唐长安所取代。唐长安是在隋大兴的基础上形成的,与隋大兴实际上是同一城市。大业十四年(618),李渊建立唐朝,仍以大兴为都,改名“长安”。唐初长安城中的建置基本上因袭了隋朝之旧,只是把大兴宫、大兴殿、大兴门、大兴县、大兴苑的名称分别改成了太极宫、太极殿、太极门、万年县和禁苑。太宗贞观八年(634),在宫城东侧北郭墙外增修了大明宫。高宗永徽五年(654)重新修筑了长安城郭。玄宗开元二年(714)修建了兴庆宫。十八年(730)再次对长安城进行了修葺和扩建,使长安城比大兴城更加宏伟壮丽。

唐代长安是世界上规模最大的城市。撇开大明宫的面积不计,外郭城垣“东西一十八里一百一十五步,南北一十五里一百七十五步,周六十七里”。折合今制,东西9694.65米,南北8195.25米,周长35474米。考古实测东西9721米,南北8651.7米,周长36744米。尽管二者略有差异,但都说明了一个问题,那就是唐长安城的面积达到了80平方公里以上。这个数字约相当于同期巴格达的6倍,拜占庭的7倍,比其他城市也要大得多。不仅如此,唐代长安还是当时世界上结构最好的城市。唐代长安的结构与隋大兴城基本相同:城垣方正,街道平直,城内建筑以宫阙为主,呈东西对称状态。太极宫坐落在全城北部正中,体现出帝王至高无上的地位。皇太子居住的东宫和后妃居住的掖庭宫分布东西两侧,如同太极宫的两翼,反映了太子、后妃与帝王之间的特殊关系。皇城位于宫城之南,与太极宫紧紧相连,是帮助帝王治理天下的权力中心。外郭城则是官吏和百姓的生活区域。显然,宫城、皇城和外郭城的分布包含着深刻的哲学思想。宫城南面正中的承天门,皇城南面正中的朱雀门和外郭城南面正中的明德门恰成一条南北垂线,以承天门街和朱雀大街为中轴,将长安城分为东西两半。东部和西部各有一个县衙、一个肆市和若干坊里。由于突出了对称的原则,因而各种建筑排列整齐有序,给人一种美的感受。

唐长安城的城门和街道也很有特点。城门分布在外郭城的四面,每面各有三座城门。南面三门:正中明德门,东为启夏门,西为安化门;东面三门:北通化门,中春明门,南延兴门;北面三门:东芳林门,中景曜门,西光化门;西面三门:北开远门,中金光门,南延平门。12座城门分东西南北遥相对应,除北面三门与禁苑相通,规模较小外,东西南三面九门均有高大的城门楼。明德门是长安城的正门,位于今西安市南郊杨家村西南。据考古实测,这座城门东西52.5米,南北16.5米,面积866.25平方米,在长安诸门中规模最大。其他各门面积大小不等,一般都在400平方米以上。城内街道很多。皇城中有5条南北向大街,7条东西向大街,纵横交错,将皇城划分为若干网格状地段。外郭城中有东西向大街14条,南北向大街11条。25条大街呈东西南北垂直分布,将外郭城划分为若干坊里。无论是皇城中的街道还是外郭城中的街道,都是宽广平直的大街。丹凤门街宽170多米,朱雀门大街宽150米,其他与城门相通的大街,宽度也都在100米以上,最狭窄的顺城街,宽度也有20多米。街道两侧均有排水设施,并且进行了统一的绿化。所有这些,在中国古代都城中都是极为罕见的。