Từ đấy, Thăng Long phải chịu một sự chuyển đổi lớn: từ địa vị là kinh đô trong gần 800 năm trước, nay là một trấn thành rồi tỉnh thành. Qui mô Thăng Long cũng bị thu hẹp xuống còn khoảng 100 ha, sự phát triển kinh tế nửa đầu thế kỉ XIX cũng không đồng đều. Bộ mặt đô thị dồn về phía Đông và Đông Nam. Tuy không còn là đất đế đô nhưng tầm quan trọng về kinh tế và chính trị lúc này vẫn rất lớn. Chiều dày văn hóa của TL-HN vẫn được phát huy và nuôi dưỡng qua truyền thống yêu nước và anh hùng, qua sức sống của nền văn hóa dân gian, qua nếp sống của người Hà Nội lúc này vẫn nổi tiếng là  thanh lịch , tao nhã...

Năm 1858, thực dân pháp nổ súng xâm lược nước ta. Năm 1873, chúng đánh thành Hà Nội lần thứ nhất. Hà Nội cùng cả nước đứng lên kháng chiến dưới ngọn cờ của kinh độ sứ Nguyễn Tri Phương. Thành Hà Nội thất thủ, bị giặc Pháp chiếm ngày 20/11/1873. Sau khi thua ở trận Cầu giấy, ngày 21/4/ 1883, quân Pháp lại đổ bộ vào Hà Nội lần thứ 2. Tổng đốc Hoàng Diệu lên thành chỉ huy cuộc chiến đấu của nhân dân. Bị quân Pháp đột nhập vào thành, biết không chống được, tổng đốc Hoàng Diệu đã thảo tờ biểu gưỉ vua Tự Đức rồi tuẫn tiết. Hà Nội trở thành một thành phố theo chế độ nhượng địa của thực dân Pháp.

Tháng 7/1888, tổng thống Pháp ra sắc lệnh thành lập thành phố Hà Nội , đứng đầu là viên Đốc Lý. Ngày 1/10/1888, triều đình Huế có chỉ dụ dâng Hà Nội cho Pháp. Mặc dù thực dân Pháp đã cấu kết được với triều đình Huế, đặt ách thống trị trên đất nước ta, nhưng chúng luôn luôn vấp phải sự kháng cự của nhân dân ta.