公元581年，贵为北周外戚，身居上柱国、大司马、大丞相等高位的杨坚篡权，建立隋朝，建元开皇。隋初，先是沿袭北周旧制，实行州、郡、县三级行政建置。开皇三年（583）十一月，撤销天下诸郡，使行政建置体制由州、郡、县三级制变成州、县二级制。当时，于蓟城置幽州总管府，原来的燕、范阳、渔阳、平昌等郡撤废，各郡所领的县直接归幽州总管府管辖。时过二十多年后，于隋炀帝大业三年（607）四月，又将州一律改为郡，实行郡领县的二级行政体制。当时，幽州改为涿郡，领蓟、良乡、安次、涿、固安、雍奴、昌平、怀戎、潞九县。除安次、涿、固安、雍奴四县外，其余都在今北京市境。此外，隋安乐郡及所属燕乐、密云二县，亦在今北京市境。渔阳郡及所领无终县的北部为今平谷地。
隋代，辽东地区的高句丽势力渐盛，对隋王朝傲慢无礼。隋文帝、炀帝都曾发兵征讨。特别是隋炀帝发兵征高句丽，规模之雄壮，气势之强盛，可以说是史无前例的。为此，隋炀帝时开凿了永济渠，引山西东南部的沁水，向南与黄河连通，然后借向东北流的沁水、卫河等河道，北到直沽（今天津），再借桑干河道北通涿郡。隋炀帝还在蓟城西南郊建有行宫，名临朔宫，多次？驻跸。
唐代有国计289年。其间以蓟城为治所的行政建置变化较大。武德元年（618）五月，废除隋代的涿郡，复置幽州总管府。这时，幽州总管府管幽州、易州、平州、檀州、燕州、北燕州、辽州、营州八州。其中，以蓟城为治所的幽州，领蓟、良乡、潞、涿、固安、雍奴、安次、昌平八县，有蓟、良乡、潞、昌平四县在今北京市境。武德五年（622），幽州升为大总管府；七年（624），改幽州大总管府为大都督府。九年，降幽州大都督府为都督府。到贞观八年（634），幽州都督府又升为大都督府。武则天万岁通（696—697）天中，狄仁杰转任幽州都督，可见这时原幽州大都督府又降为都督府了。唐玄宗开元八年（720）九月，以御史大夫王晙为兵部尚书兼幽州都督，足以说明幽州都督府的重要性。所以，开元十三年便将幽州都督府又升为大都督府。天宝元年（742），“天下诸州改为郡，刺史改为太守”，幽州遂改为范阳郡。肃宗乾元元年（758），又废范阳郡而恢复幽州的建置。据《新、旧唐书·地理志》的记载，幽州直接领蓟、幽都、广平、潞、武清、永清、安次、良乡、昌平九县。其中，除武清、永清、安次三县外，其余各县都在今北京市境。此外，檀州及所领的燕乐、密云二县，妫州及所领的妫川县，以及蓟州所领的渔阳、三河二县的北部，也在今北京市境。
在这里还应该补充说明的是，唐代有一部分原是东北边疆地区的羁縻州县，在唐中后期先后内迁，寄治幽州地界。主要有：（突厥）顺州及所领宾义县，瑞州及所领来远县；（契丹）归顺州及所领怀柔县，威州及所领威化县，带州及所领孤竹县，沃州及所领滨海县，师州及所领阳师县；（靺鞨）燕州及所领辽西县，慎州及所领逢龙县，黎州及所领新黎县，夷宾州及所领来苏县；（奚）归义州及所领归义县，崇州及所领昌黎县，鲜州及所领宾从县等。这些羁縻州县都寄治在今北京市境。还有些羁縻州县虽然也是寄治幽州地界，但不在今北京市境，就不一一列举了。
如果说汉、魏时期的幽州与蓟城，作为中原王朝经略东北疆域的军事重镇的功能显露得还没有那么充分的话，那么，隋、唐之世的幽州与蓟城，作为隋、唐王朝经略东北疆域的军事重镇的功能则发挥得淋漓尽致。
隋文帝开皇十八年（598）二月，任命汉王杨谅为行军元帅，率领水、陆两股大军30万人，讨伐高句丽。隋炀帝大业七年（611），准备讨伐高句丽。这年十二月，开往辽东路上的士兵及馈运粮草的大队人马，填咽于道，昼夜不绝。转年春正月，大军集于涿郡。先期御龙舟从江都（今扬州）循通济渠和永济渠到达涿郡临朔宫的隋炀帝发布号令，大意是说：“……高句丽人头脑昏胀，不知天高地厚，对我大隋不恭不敬。他们聚居于渤海、碣石山之间，急切地吞并邻部的土地。……又联合契丹人侵扰辽西。对此要是可容忍，还有什么不能容忍的呢！……现在就是最适宜给你们下达命令开始行动的时候。你们要分路前进，袭取渤海（渤海部落的中心，在今吉林敦化）时应以雷震之威，经过夫余（今吉林四平市）时要逞电扫之势。你们要检查好干戈盔甲，誓师后而行动；遇敌时要三令五申，有必胜的把握时而再战。”兵分左、右翼，各从第一军到第十二军，也就是说共有二十四军，总计113.38万人，号称200万，准备分道进发。还有大军要由海道而进，舟舻千里，高帆疾驶，巨舰云飞。隋炀帝说得好：“我们是王者之师，要讲义气，切勿滥杀，圣人的教诲，必定能战胜残暴。上天惩罚有罪，本是惩罚元凶，对于远离首恶的人们或是胁从者，不要理他们。”隋炀帝发布如上的号令之后，大隋王师就浩浩荡荡地出发了。从第一军启行到最后一军出发，共用了40天的时间，当时就有人感叹“近古出师之盛，未之有也”。隋炀帝这次大规模地用兵辽东，就是从涿郡（幽州，即蓟城）出发的。大业九年（613）正月，隋王朝又征募天下兵卒民夫“为骁果”（即敢死队），集于涿郡，继续增兵辽东。
隋炀帝大举用兵辽东，还是取得了一定的效果。隋朝用兵辽东时，幽州（涿郡）作为军事重镇的功能已凸显出来。但是，高句丽对中原王朝东北边域的骚扰并没有停止，威胁延续到唐朝初期。
唐太宗贞观十八年（644）七月，命令营州都督张俭统率幽州、营州的官兵以及契丹、奚的士卒，征伐高句丽。同年十一月，又命刑部尚书张亮为平壤道行军大总管，兵部尚书李勣和中书令马周为辽东道行军大总管，统率十六总管的大军讨伐高句丽。十九年二月，为伐高句丽，唐太宗亲自统率六军从洛阳出发，奔向幽州。四月，在幽州举行了隆重的誓师活动，大大地犒劳了出征将士一番。就在这个月，李勣攻克盖牟城（在今辽宁抚顺市东）。五月，平壤道行军总管程名振攻克沙卑城（今辽宁海城市）；唐军又攻克辽东城（辽阳市）。六月，攻克白岩城（在辽阳东北五十里）。不久，唐军大败高句丽于安市城（今辽宁盖县东北）东南山。九月，唐军班师。十一月，又在幽州大大地犒劳征讨高句丽的将士。唐代幽州城（蓟城）的军事重镇形象，愈加鲜明和突出。