隋于汉长安城东南筑新城，名大兴城，在今西安城及城东、城南、城西一带。即唐长安城。隋朝开国之初，都城仍在长安旧城，因久经战乱，残破不堪。而且宫室形制狭小，不能适应新建的统一国家都城的需要。
加之几百年来城市污水沉淀，壅底难泄，饮水供应也成问题。因此，杨坚放弃龙首原以北的故长安城，于龙首原以南汉长安城东南选择新址。
开皇二年（582）正月，命宇文恺负责设计建造新城-大兴城，翌年三月竣工。宇文恺参照北魏洛阳城和东魏、北齐邺都南城，把龙首原以南的6条高坡视为乾之六爻，并以此为核心，作为长安城总体规划的地理基础。
"六坡"是大兴城的骨架，皇宫、政权机关和寺庙都高高在上，与一般居民区形成鲜明对照。冈原之间的低地，除居民区外，则开渠引水，挖掘湖泊，增大了城市的水域。大兴城充分利用地形的优势，增大了立体空间，显得更加雄伟壮观。
大兴城的平面布局整齐划一，形制为长方形。全城由宫城、皇城、外郭城三部分组成，完全采用东西对称布局。外郭城面积约占全城总面积的88.8%，居民住宅区的大幅度扩大是大兴城建筑总体设计的一大特点。
在此之前，从秦汉一直到南北朝，都城之中的城市格局，没有章法，没有布局，皇宫、官署、民居，交错相处，十分杂乱。至大兴城之后，都城的均衡对称格局开始形成，街道整齐划一，南北交错，东西对称，大街小巷，井井有条。皇宫、皇城、民居三个部分相对分开，界线分明，既安全，又实用。
隋炀帝继位后，陆续开凿南北大运河，以水路连接大兴城。隋炀帝大业九年（公元613年）始筑外郭城部分城垣，城市的总体格局至此基本形成。
唐朝继续在此定都，并更名为长安。此后进一步修建和完善，在唐太宗，唐高宗和唐玄宗年间先后增建了大明宫和兴庆宫等宫殿。
唐代长安城的经济和文化在唐玄宗开元年间发展得十分迅速。盛唐时期，它已是当时世界上最大最繁华的国际大都市，盛唐时通常情况下城墙内有五十万户籍人口，极盛时城内人口达到百万。安史之乱后走向衰落。
763年，唐代长安城被吐蕃占领15天。晚唐时黄巢攻入长安，在黄巢军和唐军的厮杀之中，城市遭到严重破坏。
天祐元年（904年），朱全忠挟持唐昭宗，并把宫室拆毁，屋木也一起运走。后来，驻守长安的佑国军节度使韩建认为城广人稀，不利于防守，于是对城市进行改筑，缩为“新城”，也就是五代、宋、金、元的长安城。至此，有着总计306年历史的隋大兴城或唐长安城便宣告废弃。