Chế độ quân chủ chuyên chế tới đây phát sinh hai loại mâu thuẫn: mâu thuẫn giữa các phe phái cầm quyền và mâu thuẫn giữa Nhà nước chuyên chế và nhân dân. Vào thế kỷ 16, sự bùng nổ 2 loại mâu thuẫn đó làm sụp đổ triều Lê. Năm 1527 triều Mạc (1527 - 1592) lên thay. Chính sách có nới rộng, trong thời gian đầu đã tạo ra được tình trạng xã hội ổn định, công thương nghiệp năng động, phật giáo và đạo giáo phục hưng. Nhưng về cơ bản nhà Mạc không đề ra được những cải cách mới, mở đường cho sự phát triển vững vàng của xã hội. Trong lúc đó thế lực đối lập lại lấy danh nghĩa khôi phục vương triều Lê chính thống, đã nổi dậy ở nhiều nơi. Năm 1533 các lực lượng này tập hợp lại ở Thanh Hoá, dựng một triều Lê bù nhìn để chống lại triều Mạc. Từ năm 1545 quyền binh của "Triều Lê trung hưng" nằm trong tay họ Trịnh. Đó là khởi đầu của chính quyền vua Lê - chúa Trịnh kéo dài đến năm 1786.
Đông Kinh trở lại tên gọi Thăng Long, vẫn là Kinh Đô. Chỉ đổi tên huyện Vĩnh Xương thành Thọ Xương. Công việc xây dựng đa số nhằm phục vụ nhu cầu chính trị, quân sự. Để tăng cường hệ thống bảo vệ, năm 1588 nhà Mạc huy động dân đắp 3 lần luỹ đất. Theo thực địa hiện nay toà luỹ này bắt đầu từ Nhật Tân, chạy theo bờ Tây Hồ Tây, qua Bưởi, Cầu Giấy theo đường Giảng Võ - La Thành, qua Ô Chợ Dừa, đê La Thành, Đại Cổ Việt, Trần Khát Chân tới đê sông Hồng.
Năm 1592 sau khi đánh bại nhà Mạc, quân Trịnh phá huỷ luỹ này. Nhưng sang thế kỷ 18 trước phong trào khởi nghĩa nông dân, nhà Trịnh lại cho đắp lại như cũ, vào năm 1740 gọi là thành Đại Độ.
Một nét mới trong kiến trúc Thăng Long là bên cạnh hoàng thành của vua Lê, xuất hiện Phủ chúa Trịnh, cơ quan đầu não đích thực của Trung ương bấy giờ. Đó là một toà thành hình chữ nhật mà hai cạnh dài có thể là đoạn đầu phố Quang Trung và phố Bà Triệu, hai cạnh ngang là phố Tràng Thi và phố Trần Hưng Đạo. Hồ Gươm lúc này còn rộng, gồm 2 phần là Tả Vọng tức hồ hiện nay và Hữu Vọng chạy xuống tận đầu phố Lò Đúc. Hồ rộng đến mức có thể thao diễn thuỷ chiến nên còn có tên là hồ Thủy quân. Nhiều công trình được xây quanh hồ và trên hồ. Thăng Long với tư cách một thành thị vẫn có mặt phát triển và phồn thịnh của nó. Do sự phát triển kinh tế hàng hoá và mở rộng quan hệ ngoại thương thế kỷ XVII - XVIII là giai đoạn hưng thịnh của các thành thị trên quy mô cả nước. Nhiều thành thị cũ trở nên thịnh vượng và một loạt thành thị thương cảng mới ra đời trong đó đứng đầu vẫn là Thăng Long.
Dân các nơi đổ về đây, A.Derhodes phỏng đoán dân số Thăng Long lúc đó lên đến 1 triệu người (?), Dampier ước tính có lẽ hợp lý hơn, khoảng 2 vạn nóc nhà.
Về phương diện kinh tế, Thăng Long là một phức hợp kinh tế gồm nông nghiệp, thủ công nghiệp, thương nghiệp, trong đó hoạt động công thương nghiệp giữ vai trò chi phối. Tầng lớp thị dân ngày một gia tăng, có một số trở thành chủ xưởng, chủ hiệu giàu có nhưng đông đảo vẫn là những người sản xuất và bán buôn nhỏ. Thăng Long vẫn không vượt qua được mô hình cấu trúc của thành thị Trung đại phương Đông để trở thành "thành thị tự do" như phương Tây.
Thăng Long còn là một trung tâm văn hoá lớn, tự hào về những công trình nghệ thuật và kiến trúc: đền, chùa, đình, quán ... Tên tuổi những danh nhân gốc Thăng Long: Đặng Trần Côn, Bùi Huy Bích ... và các vị lập sự nghiệp ở đây như Lê Quý Đôn, Nguyễn Gia Thiều, Đoàn Thị Điểm, đã làm cho văn hoá Thăng Long thêm sáng giá.