Triều đại Tây Sơn sụp đổ sau một thời gian ngắn ngủi, Gia Long lên ngôi năm 1802 lấy kinh đô ở Phú Xuân, bắt đầu nhà Nguyễn. Năm 1805, Gia Long cho phá tòa thành cũ của Thăng Long, xây dựng thành mới mà dấu vết còn lại tới ngày nay, bao bọc bởi các con đường Phan Đình Phùng, Hùng Vương, Trần Phú và Phùng Hưng. Năm 1831, trong cuộc cải cách hành chính của Minh Mạng, toàn quốc được chia thành 29 tỉnh, Thăng Long thuộc tỉnh Hà Nội. Với hàm nghĩa nằm trong sông (Hán tự 河內), tỉnh Hà Nội khi đó gồm 4 phủ, 15 huyện, nằm giữa sông Hồng và Sông Đáy. Tỉnh Hà Nội gồm thành Thăng Long, phủ Hoài Đức của trấn Sơn Tây, và ba phủ Ứng Hoà, Thường Tín, Lý Nhân của trấn Sơn Nam. Phủ Hoài Đức gồm 3 huyện: Thọ Xương, Vĩnh Thuận, Từ Liêm. Phủ Thường Tín gồm 3 huyện: Thượng Phúc, Thanh Trì, Phú Xuyên. Phủ Ứng Hoà gồm 4 huyện: Sơn Minh (nay là Ứng Hòa), Hoài An (nay là phía nam Ứng Hòa và một phần Mỹ Đức), Chương Đức (Nay là Chương Mỹ – Thanh Oai).