Воздвигаются новые, уже кирпичные стены Кремля протяженностью 2235 м, высотой от 5 до 19 м и толщиной от 3,5 до 6,5 м. Над стенами сооружаются 18 башен с таким расчетом, чтобы на каждую из трех сторон крепости выходило по семь башен.
Кроме того, создаются три линии кольцевых оборонительных сооружений: Китай-город, Белый город, Земляной город, строятся деревянные мостовые и водостоки. Расширяется до пределов современного Садового кольца территория Москвы, а население ее достигает 200 тыс. человек.
Однако Москву ждали новые тяжелые испытания. В 1610 г. она была захвачена польско-литовскими интервентами. Два года опустошали ее иноземцы. На борьбу с ними поднялся весь народ, и в 1612 г. народное ополчение под руководством нижегородского посадского человека Кузьмы Минина и князя Дмитрия Пожарского разгромило интервентов и изгнало их из Москвы.
Столица быстро залечила свои раны и вскоре уже перешагнула за черту земляного вала, обросла многими новыми слободами. Наряду с ремесленными в городе увеличивается количество промышленных предприятий мануфактурного типа. Возрастает значение Москвы как всероссийского и международного рынка. Большие изменения происходят и в культурной жизни. Помимо школ при монастырях открывается несколько греко-латинских школ, основывается Славяно-греко-латинская академия.
В начале XVIII в. Петром I создается в Москве целый ряд специальных учебных заведений, призванных готовить инженеров, врачей, образованных чиновников, офицеров. Начинают широко издаваться учебники, научные и технические книги, а с января 1703 г. выходит первая русская печатная газета «Ведомости». В 1755 г. в Москве открывается первый в России университет.
Москва продолжала сохранять значение важнейшего политического, административного, торгового и культурного центра и после того, как в 1712 г. столица была перенесена в Петербург. В Москве значительное развитие получает промышленность, главным образом текстильная, ведется благоустройство: сооружаются булыжные мостовые, вводится постоянное уличное освещение, строится в 1781 - 1804 гг. первый в России Мытищинский водопровод. Территория города к середине XVIII в. достигала почти 9 тыс. га.
А когда французские войска Наполеона, захватившие к тому времени почти всю Европу, двинулись в 1812 г. на Россию, «первопрестольная столица» становится центром общерусского сопротивления, переросшего в Отечественную войну.
Вблизи Москвы формируются и действуют партизанские отряды, сосредоточиваются подразделения русской армии, а затем происходит Бородинское сражение, в значительной степени предопределившее крах захватнических планов Наполеона. Войдя в Москву, покинутую большинством населения, французская армия смогла пробыть в ней только 39 дней. Отрезанный от тылов, баз снабжения и подкреплений, Наполеон вынужден был спешно оставить город и начать отступление, преследуемый русскими войсками и партизанами.
Москва была в развалинах, в огне пожаров погибло две трети зданий. Однако вскоре благодаря энтузиазму москвичей город был не только восстановлен, но и приобрел более современный вид.
В конце 40-х гг. XIX в. в Москве появляется общественный транспорт - линейки, которые в 1872 г. сменяет городская железная дорога с конной тягой (конки), а затем, с 1899 г., трамвай. В 1867 г. на многих улицах оборудуется газовое освещение, а в 1883 г. в районе Пречистенских ворот (ныне Кропоткинская площадь) устанавливаются дуговые электрические фонари. Развиваются средства связи: в 1872 г. вступает в эксплуатацию телеграфная линия, соединяющая Москву с Петербургом, в 1882 г. - городская и в 1898 г. - междугородная телефонные станции. В конце XIX в. в городе прокладывается канализация и в 1903 г. - современная, Москворецкая система водопровода.
Это благоустройство происходило на фоне резко возрастающего экономического значения Москвы, которая все больше утрачивала черты дворянского города. В Москве строится много промышленных предприятий капиталистического типа, особенно большое развитие получает легкая и пищевая промышленность.
1 ноября 1851 г. открывается движение по железной дороге между Москвой и Петербургом, а к концу XIX в. Москва уже превращается в главный узел всей русской железнодорожной сети. При непрерывном росте населения, превысившего в 1897 г. 1 млн. человек, резко возрастает удельный вес трудового люда. На рубеже XIX - XX вв. в Москве насчитывалось 108 тыс. фабрично-заводских рабочих и 38 тыс. железнодорожных, а в целом пролетарские и полупролетарские слои составляли 55% всего населения. Став по классовой структуре населения капиталистическим городом, Москва по концентрации производства превращается наряду с Петербургом в крупнейший центр монополистического капитала в России.