公元618年，李渊称帝，建立唐朝e799bee5baa6e997aee7ad94e59b9ee7ad9431333363383331，改大兴为长安，此后进一步修建和完善。唐太宗和唐玄宗年间先后增建了大明宫和兴庆宫等宫殿。
唐长安城周长达35.56公里，面积约87.27平方公里，是如今西安城墙内面积的9.7倍，西汉长安城的2.4倍，元大都的1.7倍，明清北京城的1.4倍，公元447年所修君士坦丁堡的7倍，公元800年所修巴格达的6．2倍，古代罗马城的7倍。至盛唐，长安为当时规模最大、最为繁华的国际都市。
长安城规模宏伟，布局严谨，结构对称，排列整齐。外城四面各有三个城门，贯通十二座城门的六条大街是全城的交通干道。而纵贯南北的朱雀大街则是一条标准的中轴线，它衔接宫城的承天门、皇城的朱雀门和外城的明德门，把长安城分成了东西对称的两部分，东部是万年县，西部是长安县，东、西两部各有一个商业区，称为东市和西市。城内南北11条大街，东西14条大街，把居民住宅区划分成了整整齐齐的110坊，其形状近似一个围棋盘。
唐长安城由外郭城、宫城、皇城3部分构成，总面积87.27平方公里。外郭城平面长方形，东西长9721米，南北宽8651.7米，周长36.7公里。每面有3座城门，南面正门明德门和丹凤门为5个门道外，是都城的最高等级。宫城位于廓城北部中央，平面长方形、南北1492米，东西2820米。中部为太极宫（隋大兴宫），正殿为太极殿（隋大兴殿）。东为皇太子东宫，西为宫人所居的掖庭宫。皇城接宫城之南，有东西街7条，南北街5条，左宗庙，右社稷，并设有中央衙署及附属机构。后来，唐太宗（李世民）到唐高宗时期修建大明宫，唐玄宗（李隆基）又把自己当临淄王时的王府改扩建成了兴庆宫，三座宫殿合称“三内”。东城西城分别有东市和西市两座市场，集中了长安城的主要商业。城内有四条沟渠提供生活和环境用水。城东南角有一座人工园林——芙蓉园，园中有曲江池。
长安城（外郭城）开十二座城门，南面正中为明德门，东西分别为启夏门和安化门；东面正中为春明门，南北分别为延兴门和通化门；西面正中为金光门，南北分别为延平门和开远门；北面的中段和东段分别与宫城北墙和大明宫南墙重合，西段中为景耀门，东西分别为芳林门和光化门。除正门明德门有五个门道外，其余各门均为三个门道。据实测，明德门址东西广55.5米，南北长17.5米，每个门道宽5米。特别是明德们内的南北大街朱雀大街更是宽达150米至155米。其他的不通城门的大街宽度也普遍在35米至65米之间，而顺城街宽20米到25米。明德门原有台阁式门楼建筑。宫城位于郭城北部正中，平面为长方形，东西长2820米，南北宽1492米，周长8.6公里。城四周有围墙，南面正中开承天门（隋称广阳门），东西分别是延喜门和安福门，北墙中部开玄武门。宫城分为三部分，正中为太极宫（隋称大兴宫），称作“大内”，东侧是东宫，为太子居所，西侧是掖庭宫，为后宫人员的住处。今天西安城内西五台和北城外自强西路北侧铁路中学内的土岗则是为数不多的大兴宫城遗址。
皇城亦为长方形，位于宫城以南，其东西与宫城等长，南北宽1843米，周长9.2公里。城北与宫城城墙之间有一条横街相隔，其余三面辟有五门：南面三门，中为朱雀门，两侧为安上门和含光门；东西面各一，分别为景风门和顺义门。南面正中的朱雀门是正门，向南经朱雀大街与外郭城的明德门相通，向北与宫城的承天门相对，构成了全城的南北中轴线。城内有东西向街道7条，南北向5条，道路之间分布着中央官署和太庙、社稷等祭祀建筑。从城市的平面布局来看，规划者严格讲求左右对称。全城以宫城的承天门、皇城的朱雀门和外郭城的明德门之间的连线，也即承天门大街（亦名天街）和朱雀大街为南北向中轴线，以此为中心向左右展开。为突出北部中央宫城的地位，以承天门、太极殿、两仪殿、甘露殿、延嘉殿和玄武门等一组组高大雄伟的建筑物压在中轴线的北端，以其雄伟的气势来展现皇权的威严。之后，随着不断增添新殿，才使这种格局有所变化。
唐长安城鼎盛时期常住人口185万，流动人口51万。唐长安的人口中，除居民、皇族、达官贵人、兵士、奴仆杂役、佛道僧尼、少数民族外，外国的商人、使者、留学生、留学僧等总数不下3万人。当时来长安与唐通使的国家、地区多达300个。唐的科技文化、政治制度、饮食风尚等从长安传播至世界各地。另外，西方文化通过唐长安城消化再创造后又辗转传至周边的日本、朝鲜、缅甸等国家和地区。唐长安成为世界西方和东方商业、文化交流的汇集地，是当时世界上最大的国际大都会。
唐长安城的形制是中国古代城市、尤其是都城建设的典范，在当时也影响了邻近国家的都城建设。日本国的平城京和平安京、渤海国上京龙泉府都高度效仿了长安城的规划结构。
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