元丰四年（1081年），熙河经制李宪等“五路伐夏”时，于九月初二收复兰州，遂命前军副将苗履，中军副将王文郁担任都大管勾修筑，前军将李浩专任提举，在隋唐兰州城基础上向北展筑，距黄河1里。以防御西夏渡河攻城。据今人考证，宋兰州城北至今张掖路、西关什字，东至酒泉路，西关至下沟。元丰五年（1082年），又筑东关堡、西关堡，为兰州两翼。
筑阿干堡，以确保与熙州（近临洮）的联系。宋哲宗绍圣四年（1097年）四月，先由干当公事兰州军事推事钟传在黄河北岸筑金城关，再由西上閤门副使、权知兰州苗履展筑兰州北城，与黄河北岸的金城关遥相呼应，利用黄河天险，形成军事联防设施。城内除有大佛寺、木塔寺等唐代佛教寺院外，还兴建了城隍庙、玄妙观等道教修炼场所。宋徽宗崇宁三年（1104年），始置兰泉县，成为州治。除在城内修建县府外，再次展筑兰州北城，使兰州城定型。是一座东西长一里二百八十步，南北长一里八十二步，周回六里二百步的长方形城池，约合0.3平方公里。据《读史方舆纪要》卷六十载：宋“兰州城北，黄河滨有石如龟，伏城下”，故兰州又有“石龟城”的称谓。
兰州城在宋时的主要用途是囤军戍边，城内的重要建筑除了州府衙署和囤积粮草的仓储设施，还有寺院庙观。从元丰四年到北宋灭亡的44年中，有记载发生在兰州的大小战争就有20余次，毁则再筑，筑城凡四次。由此可见，兰州城成也战争，毁也战争，主要作用在于军事。经元丰、元祐及徽宗政宣间的多次增筑、修筑，城内民居渐多。城隍庙、寺观、监狱等感化、教化设施也建筑在城。其城池布置，虽多失载，但从史志的零星记载和明清的考证、记载中可知一二。城有四门，城内的街道东西相通，南北衔接的主干道和街巷与城外干道连接，成为城里连接城外通向黄河进行军事行动的通道，也是茶马互市的主要道路和兰州榷场的所在。宋时，兰州附近唯一的铸造铜钱的铜钱监就设在城里。城西是炭市，城南是骡马市，城东是猪羊市。现时城内的一些主干道上都有遗迹可寻。宋高宗绍兴元年（1131年），金人占熙、河等州，兰州遂为金有。
（3）明清兰州城池扩展与维护
明军攻取兰州后，后于洪武十年（1377年），由指挥同知王得在宋城基础上筑城。城之北，因河为池。门有四：东承恩，西永宁，南崇文，北广源。宣德间，守备戴旺增筑关厢城郭。自城西北至城东筑外郭十四里二百三十一步。正统十年（1445年），都指挥佥事李进重修郭门并镇远桥门。十二年，又筑承恩门外郭为新关。据《皋兰县志》卷四《城池》记载，“通为郭门者九：东曰迎恩，东北曰天堑，又东北曰广武，南曰拱兰，东南曰通远，西南曰永康，又西南曰靖安，西曰袖川，北曰天水”。各门建有城楼，内城为大楼，西南为八角楼。
嘉靖二十一年（1542年），鞑靼进犯临、巩，为防备见，兵备副使朱旒倍为修筑，“城高三丈五尺，阔二丈五尺，池深一丈五尺，阔倍之”。留之于后世的，就是“朱旒倍为修筑”的城。
从展筑的城郭、城墙看，城郭的作用已从纯军事转向保护城中居民不受侵扰的用途上来。此后，又经多次展修、增筑并甃以青砖，到清末道光年间，形成一面临河，东、南、西三郭护城的城防结构。后世在地图上看到的城池图就是它的缩影。将城池的所有门包括外郭连接起来，就不难看出兰州的棋盘式的道路交通网络。
清康熙五年（1666年），析陕西西部为甘肃省。兰州遂成为省会。特别是兰州成为总督、布政使、府、县驻地后，逐渐成为西北重镇及经济、政治、文化、军事中心。纺织、水烟、陶瓷等工场手工业以及传统商业迅速发展，使兰州成为西北商埠，交通枢纽。
兰州成为西北重镇后，在明城基础上多次修筑兰州城。康熙六年（1667年），甘肃巡抚刘斗修葺并重修城楼。其后，分别于康熙二十四年（1685年）、乾隆三年（1738年）、乾隆二十八年（1763年）进行修筑。督署前建有辕门。辕门西为鼓楼，鼓楼是县治之遗迹，故兰州鼓楼并非城市之中点。
清代修筑城池时，为使户有所居，扩街筑道，在故城街道基础上陆续修整、扩建了大街、绸铺街、县门街、北门街、炭市街、桥门街、鼓楼南街、南关、上东关、西关、新关等主干道及西城巷、木塔巷、玉石巷、山字石、道升巷等支路街巷。
其中大街（今张掖路）连接内城的来煦门、镇远西门，是东西走向最长的一条街道，将木塔巷、北门街（今永昌路）、官升巷、山字石等街巷沟通。大街以南，有平行于大街的县门街（今武都路西段）、学院街（今武都路中段），是仅次于大街的道路，将马坊门（今永昌路中段）、鼓楼南（今陇西路）、绸布街（今酒泉路）等南北向的街巷连接。城内除了居民住宅、商铺，还陆续修建了督、藩、府、臬、县署及左营、右营、中营等军事机构；东华观、东岳庙、普照寺、城隍庙、庆祝宫、嘉福寺、文武庙、火神庙等宗教设施得到修建或者修葺。
道光十三年（1833年），陕甘总督杨遇春再次筑城后，将内城和郭城的部分城门改名。内城的承恩门、永宁门、崇文门分别改为来煦门（东门）、镇远门（西门）、皋兰门（南门），郭城的天堑门、天水门、永康门、静安门改为庆安门（下水门）、通济门（桥门）、安定门、静安门。同治元年（1862年），陕甘总督恩麟为内城四门增筑瓮城。终清，除了多次修葺，兰州古城基本形制稳定，通计内城周长六里二百步，外城周长十八里一百二十三步。内城城墙腰墩和角墩上建有敌台，敌台筑敌楼十座，城墙筑有睥睨一千九百二十九；郭城也建有敌楼六座，睥睨三千九百。郭城又称关城，因此兰州就留下了“关比城大”的俗说。
（4）现代兰州城市的拓展与建设
民国初，始有兰州建市之建议，只因政局动荡而未果。国民军入甘后，以修筑东、西大街为标志，开始民国以来首次市政建设，将内城四门改为东、南、西、北，而后又将郭城的通远门、拱兰门、通济门分别改称小稍门、南稍门和桥门。1927年，省府倡议建市，筹备工作虽提上议事日程，惜因政局多变，局势不稳而搁置。直至1930年，又经省府筹划，复有兰州设市筹备委员会设立。兰州市市区设计委员会的成立。8月，改组为兰州市区建设委员会。1940年5月，省府命令设立兰州市政筹备处，是年7月1日市政府成立后，合并建设委员会和市政筹备处两机构，组成兰州市工务局。工务局作出计划，决定对中山路（桥门街、炭市街、南关正街）、中正路（绸布街、南大街、孝友街）、定西路（西关什字、握桥街、九间楼）、民国路（县门街、部门街、学院街）、励志路（万寿宫）、中华路（东、西大街）、益民路（东关正街、福寿街）、靖远路（庙滩子、凤林关正街）等骨干道路进行拓宽修筑。1939年，为避日本飞机轰炸，便于居民疏散郊外，在城郭上开城门：在南郭城墙上开西南门（俗称双城门）、东南门（今广场体育馆西侧）；北城墙在励志路（今通渭路）开城门；内城墙在州门什字（今武都路与永昌路什字），学院街（今武都路中段与静宁路什字），曹家厅、马坊门南（今永昌路中段、金塔巷西口稍南）开4个缺口。兰州市首任市长蔡孟坚在日寇轰炸的废墟上开始了兰州建市以后的第一次市政建设，市区主要干道和分支街道全部整修拓宽。城市面积也突破城池管理的范围，遂扩至四郊，面积仅16平方公里，除去河流山林，计15160亩。1942年，扩大兰州市界范围，黄河南岸拓界东至东岗镇以东，南到阿干河谷石嘴子，西至土门墩之墩台；黄河北岸，北至罗锅山、九州台顶，西至孔家崖，东至盐场堡枣树沟。市区面积扩至146平方公里。使黄河穿城而过，改变了“河水浸城墙”狭小面貌。展开地图，犹如一只展翅飞翔的蝴蝶，飞卧黄河两岸。同时，市工务局作出《市区规划》和《兰州市区路网设计图》，除了堪划市界，修建、拓宽市区的交通干道，市区内还规划了学校、居民区、商业区、化学工业区、轻工业区、重工业区、住宅区和公园公共场所；商业零售、菜市场、综合商场等都有规划布局。这个规划布局，可视为兰州建市后的第一版城市规划。1943年，根据规划，先后完成西北新村（含西北大厦），兰州、皋兰、周家庄、握桥等四大市场、公共体育场（在木塔寺、兰园）、儿童运动场（兰园）、公共活动（兰园）等场所和影剧院等文化设施。又对兰阿公路北段、中街子、井儿街、畅家巷、闵家桥、山字石、鼓楼南街、贤后街、萃英门、静安门、玉石巷、共和路、忠烈祠、黄河堤岸（小西湖—庙滩子）等支干街道以及城楼、河防设施进行修护。
兰州解放后，城市建设基本依据1943年制定的规划。1952年，根据政务院批复的《兰州市新都市建设计划》，市区总面积扩至450平方公里。具体规划行政区、专用居住区、商业区、工业区、院校区及交通等设施。1954年，国家建设委员会批准兰州市实施《兰州城市总体规划》规定，兰州是甘肃省省会，是全省政治、经济和文化事业中心，是交通枢纽和物资集散地。城市功能分区为，以沿河阶地团组式分布的自然形态基础，划分为西固、七里河工业区，市区东部安宁计划工业区，高坪居住区以及科研、文化、教育、卫生设施、休养、风景、仓储、商业、瓜果蔬菜供应等功能分区。其后，随国家、省（区）辖区的变化和工、农业生产的需要，城市面积不断扩大、调整，围绕兰州“两山一水”做文章，结合兰州黄河文化、丝绸之路文化和民族多元文化，以黄河穿越兰州城为主轴，构成兰州城市的主脊，勾画兰州城市发展的新理念。1958年开始，对城市核心区的道路重新命名、整修，主、次干道沥青或混凝土路面硬化处理。
1974年4月，实行市管县行政管理体制，先后将皋兰、榆中、永登三县归并兰州市，全市面积扩至14414.5平方公里。
1985年10月，白银区划出单独成市，兰州的面积缩至13085.6平方公里。市区面积1631.6平方公里，是建市初城市面积的两百倍。又陆续拓筑、兴建了许多交通要道，至21世纪初，形成兰州的城市交通网络。但在历年的拓建中，城墙陆续拆除。
随着城市交通的发展，特别是在历年城市的扩建和发展中，街道的名称、位置多有变换，有的甚至消失。
经过四十多年的建设，开拓和拓宽东岗东、西路，庆阳路、中山路、皋兰路、天水路、白银路、平凉路、静宁路、酒泉路、张掖路、永昌路、秦安路、武都路、西津路、滨河路等主干、次干道以及连通这些街道的街巷。完成商贸中心、体育场馆、科技展览馆、电信、邮政等以及教育、医疗、文化、体育、商业、金融、旅游、居民生活设施的布局和建设；完成黄河风情线、张掖路商业步行街、庆阳路—中山路金融商贸一条街、金城关旅游文化区等商贸、旅游及休闲娱乐场地的建设。
3.人口迁徙
秦始皇三十三年（前214年），设置榆中城等44县，遣送罪犯，戍守边塞，这是兰州历史上第一次有历史记载的人口迁徙。自汉武帝时起，榆中、金城为汉王朝防御羌戎的军事要塞，是兵家必争之地。有来自关陇、乃至中原地区的军队，驻防这里。汉宣帝元康三年（前63年），羌人渡湟水北岸放牧，实则欲与匈奴会和而叛乱。后将军赵充国于神爵元年（前61年）渡金城河，击败主谋者先零羌，招降胁从诸羌，于次年，汉设置金城属国安置3.12万羌人。西汉时金城郡13县有人口14.9万人。东汉，向金城郡、陇西郡多次戍兵、徙民、屯田。
汉建武十一年（35年），陇西太守马援在这里击破先零羌，将散居在武威的3000多人金城客民迁回金城。东汉中后期，汉羌之战连绵不绝，羌汉百姓死伤惨重，户口大量流失。至东汉顺帝时金城郡只剩1.3万人，只及西汉的十分之一。三国时期，曹魏为争夺河西诸地，几次进军，大肆屠杀，造成劳动力和兵源奇缺，于是魏蜀之间在争城夺地的同时，又在大量掠夺甘肃人口，曾多次将甘肃境内的汉、羌、氐、休屠胡等民族的大量人口强迫迁徙到关中、汉中和四川各地。金城郡人口急剧下降，在战争结束后竟“户不满五百”。隋唐时期的兰州不仅是联络内地与西北地区及西域的通道，而且是内地与青藏高原的纽带，丝绸之路和唐蕃古道在这里交会，人口逐渐有所回升。
北宋初，西夏的不断发展壮大，西进南下，因而在凉州直至兰州的黄河两岸均有分布，北宋为了对抗西夏入侵，一方面大量屯田，推进农业发展，同时更大力发展商业。宋元丰六年（1083年），“兰州增置布易务，以通蓄汉贸易”，吸引各族人民前来经商、定居。就这样，经历了明朝、清、抗战时期以及20世纪五六十年代人口的历次迁徙，沧海桑田，风云变幻，兰州逐渐形成了今天的人口规模和格局，凝聚了数以百万的各族人民在此创业、发展。
（1）明清时期兰州人口迁徙
明清时期是兰州人口增长迅速、人口迁徙比较频繁的时期。明初年，蒙古势力不断侵扰西北地区，兰州处于御敌前沿，战略地位十分突出。为了抵御残敌，巩固新兴政权，朱元璋采取了招集流亡，屯田移民的政策。从明太祖洪武元年（1368年）到明成祖永乐十五年（1417年）这50年中，兰州有大量移民垦荒屯田。当时屯田的方式主要有民屯、商屯和军屯。军屯由卫所管理，每军受田一份，各地多少不一。为了确保屯田制度的贯彻实施，大明王朝制定了相关法令，由于措施得力，兰州军屯成效显著，至今还留下了许多由军屯转化为乡村的地名，如：陈官营、费家营等，军屯官兵也自然留下成为兰州居民。被称为“黄河文化精髓，甘肃艺术品牌”的兰州太平鼓就是由这些军屯移民创造并一代代传播下来的。
除了屯田，这一时期还有大量移民因为其他原因来到兰州。如安宁孔家崖的王姓，其家谱中对由浙江余姚迁徙金城的时间和原因均有记载。他们是宋代理学家王阳明的后代，为躲避官府压迫剥削，于明正德末或者明嘉靖年间，经过江苏、山西、陕西，最后定居金城，以后“丁极繁盛”，成为兰州大族之一。其后人有知名的桃园诗人、布衣医学家王三祝，他淡泊名利，造福地方，医德高尚，扶困济危，至今仍深受兰州人民敬仰与怀念。皋兰魏姓，其祖先是在洪武年间从南京来兰州经商，当时正是明与残元对峙时期，魏氏参加了卫国御敌的边防战事，后来就定居在皋兰，现分布居住在魏家台、柏木沟、魏家小岔、官川、仕川，有四五万人之多，是皋兰第一大姓。这一时期随军来永登的官兵后定居当地的也很多，主要是随元室后裔脱欢来此，如把氏，原籍陕西，始祖帖木儿；苏氏，祖籍四川眉山县南拐村，始祖苏龙，元末任把总。明灭元后，脱欢投城明朝，洪武三年被封连城世袭土司，后赐姓鲁。还有一些是从政调迁或者为官遭贬来此的。如红城吴氏，其祖先吴俊，嘉靖四十年调任庄浪红城堡百户，由此定居于此；火氏，本元室之后，先祖脱赤，明灭元不降，以死尽忠，洪武十三年由南京谪迁庄浪红城堡。今天兰州八宝川鲁、石、韩、何几个大姓族人，据记载均来自南京朱室巷，是名门贵族的后人。