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明太祖朱元璋于洪武元年（1368年）正月初四在南京即皇帝位，定国号为大明。闰七月二十八日，元顺帝在清宁殿召集三宫后妃、皇太子、皇太子妃共同议事，至夜半，开健德门向北逃往塞外。八月初二，徐达率明军攻占元大都城，元朝灭亡。明改元大都路为明北平府。大将军徐达命指挥华云龙修筑元大都城。
元大都城本是一座土城，周围六十里，明军攻克大都城后，以元大都城规制大于南京应天城为由，同时考虑到元大都北部城区人烟稀少，不足以为城区，所以明军将士及城中百姓迅速在元大都北城墙以南五里处新筑一条北城墙，东西长一千八百九十丈，元大都的光熙门、安贞门、健德门、肃清门及其城墙皆废弃。北平府时期北京的城墙乃为土城，其东南西三面土城各高三丈有余，上阔二丈；北面新筑的土城高四丈有余，顶阔五丈，主要目的在于防御蒙古的攻击。护城濠池各深阔不等，深至一丈多，阔至十八丈多，其城墙周围长四十里。
北平府时期北京城的城门只有九座，南面有三座城门：丽正门，文明门，顺承门；东面有两座城门：齐化门，崇仁门；西面有两座城门：平则门，和义门；这七座城门就是元朝的七座城门；新筑的北城墙新建两座城门：左侧的叫安定门，右侧的叫德胜门。九座城门都建有月城或瓮城。
明初洪武年间北平府府城及南城城墙城门示意图
明洪武元年（1368年）八月徐达率明军攻下元大都，改大都城为北平。明军进城后，把元大都城大内尽行拆毁。洪武三年（1370年）明太祖封第四子朱棣为燕王，洪武十三年（1380年）燕王朱棣到北平府的燕王府。
明永乐年间北京城及南城城墙城门示意图
经过四年的靖难之役燕王朱棣于建文四年（1402年）六月率军攻入南京，即皇帝位。永乐元年（1403年）正月改北平府为顺天府，建号为北京。永乐四年到十七年（1406-1419年）准备迁都北京，开始大规模营建北京大城、皇城和宫城。永乐十七年（1419年）十一月正式拓展北京大城南城墙。北平府时的南城墙在今长安街一线，而新修的宫城，尤其是皇城都向南移动，大明门和千步廊已在明初北平府南城墙之外了，所以永乐时期的北京城南城墙就从长安街一线向南移二里左右，拓展到今崇文门、正阳门、宣武门一线，把原北平府南城外的一大片土地圈入城内，同时东西城墙也向南延伸。永乐十九年（1421年）正月大城告成，迁都北京。北京大城周长四十五里。南城墙有三座城门：丽正门、文明门、顺承门，东城墙有两座城门：齐化门、崇仁门，改崇仁门为东直门，西城墙有两座城门：平则门、和义门，改和义门为西直门，北城墙有两座城门：安定门、德胜门。但这时北京城墙依然是土城。瓮城箭楼等多未修筑完备。
英宗正统元年（1436年）十月命太监阮安、都督同知沈青、少保工部尚书吴中等人率军夫数万人修建京师九门城楼。正统四年（1439年）四月，京师九座城门的城楼、瓮城、箭楼、闸楼、闸门、城濠、桥闸、牌楼修造完工。正阳门建一座城楼，一座瓮城，瓮城建左右两座闸楼、两座闸门、一座箭楼，箭楼下设一券门。余下八个城门各建一座城楼，一座瓮城，瓮城只建一座闸楼、一座闸门、一座箭楼，箭楼不设券门。九座城门箭楼外立一座牌楼。城四角建四座角楼。重新挖深了护城河，两岸砌以砖石。九门旧有木桥，这时都改建为石桥，两座石桥之间建有水闸，调节水流，完善护城河水系。正统十年（1445年）六月命太监阮安、成国公朱勇、修武伯沈榮、尚书王卺、侍郎王祐督工改用城砖内外包砌城墙，解决土城遇雨常被冲坏的问题。明英宗正统年间加固了北京大城城墙，完善了城门楼建制，增强了防御能力，为防备蒙古的南侵和后来的北京保卫战打下了牢固的基础。正统初年丽正门改为正阳门，文明门改为崇文门，顺承门改为宣武门，齐化门改为朝阳门，平则门改为阜成门，余下的四个城门名称不变。丽正门改名为正阳门，因丽正门是正南门，取“日者重阳之宗”，“天子当阳”之意，且正阳门箭楼下之券门只供皇帝出入，百官百姓只能走瓮城东西的闸门。帝王治天下离不开左辅右弼和文治武安，于是将文明门改名为崇文门，顺承门改称为宣武门。《尚书·周官》云：“六卿分职各率其属，以倡九牧，阜成兆民。”于是改平则门为阜成门。《文选》晋潘安仁《籍田赋》：“若湛露之晞朝（zhao）阳，似群星之拱北辰也。”遂改齐化门为朝（zhao）阳门，因齐化门正对着东方。
明英宗正统年间北京城及南城城墙城门示意图
明英宗正统十四年（1449年）蒙古瓦剌入寇，直至北京城下，城外百姓众庶奔窜，城内无法收容。宪宗成化十二年（1476年）八月，定西侯蒋琬认为，今北京只有内城（大城）而无外城，宜筑外城。世宗嘉靖二十一年（1542年）掌都察院毛伯温等认为，宜筑外城。时蒙古俺答汗派使者石天爵求贡，巡抚大同官员不该诱而缚之，明世宗更不该命人对石天爵施以分尸的酷刑，结果蒙古俺答汗大怒，边患复起。嘉靖二十九年（1550年）六月俺答以数万骑入寇大同，八月蒙古兵攻入古北口，克通州，后又至东直门，前锋七百人驻安定门外校场，京师戒严。蒙古兵在内地抢掠八日，抢走很多财物而退兵，史称庚戌之役。在这种情况下，嘉靖三十二年（1553年）三月兵科给事中朱伯辰请求修筑京师外城；闰三月，动工修筑京师外城，四月，明世宗派严嵩等到工地查看，严嵩等人主张先筑外城南面的城墙；当年十月，京师外城修筑完工，外城也采用砖石包砌。
新修京城外城，南城墙在永定门一线，南城墙东南角往北，接内城东城墙，转抱内城东南角楼；南城墙西南角往北，接内城西城墙，转抱内城西南角楼。总长二十八里，经实际测量南城墙长2454丈，东城墙长1815丈，西城墙长1913丈。外城共有七座城门：正南叫永定门，左侧叫左安门，右侧叫右安门，正东叫广渠门、东北角叫东便门，正西叫广宁门（清宣宗道光年间改名为广安门）、西北角叫西便门。嘉靖四十一年（1562年）应尚书雷礼之请，在外城七门修筑瓮城，但未建箭楼。
明朝嘉靖年间北京内城外城城墙城门示意图
城楼瓮城箭楼示意图
乾隆十五年（1750年）重修了外城的七座瓮城，并增建了七座箭楼。到了乾隆三十二年（1767年）改建扩建了永定门城楼和广宁门城楼。本来永定门的城楼和箭楼的规制相同，改建扩建永定门城楼时并未同时改建扩建永定门箭楼，于是出现了改建扩建后的永定门城楼的规制高于永定门箭楼的现象。同样广宁门的城楼箭楼与广渠门的城楼箭楼规制相同，左右对称，但改建扩建广宁门城楼时并未同时改建扩建广宁门箭楼，于是出现了改建扩建后的广宁门城楼的规制高于广宁门箭楼，同时也高于广渠门城楼箭楼的现象。