王李世民与长孙无忌、尉迟敬德等在长安宫城玄武门射杀其兄太子建成、弟齐王元吉及其诸子，是为玄武门之变，高祖称太上皇，传位李世民，是为唐太宗；天宝十五年（公元756年），安禄山叛军攻陷潼关，玄宗逃往成都，不久，叛军攻陷长安。
后梁开平元年（公元907年），改京兆府为大安府，辖长安、万年、昭应（今西安市临潼区）、栎阳等14县，辖区约今西安市及东至渭南市，西至兴平、盩厔县，北至三原县，南至宁陕、柞水县北部地区（约2万平方千米），隶于永平军。后唐同光元年（公元923年）改大安府为京兆府，曰西京。后晋京兆府隶于晋昌军，后汉京兆府隶于永兴军，后周沿前制，辖区均未变。[44]后唐长兴元年（公元930年），西京留守安重霸集资修缮大雁塔，三年竣工；后晋天福三年（公元938年），废西京，置晋昌军，仍以长安为京兆府；后汉乾二年（公元949年），后汉军入长安，郭从义诱杀赵思绾等300人于长安。[45]
北宋置京兆府，初隶于关西道，至道三年（公元997年）隶于陕西路，熙宁五年（公元1072年）改隶永兴军路，大观元年（公元1107年）升为大都督府，四年（公元1110年）又复为京兆府，辖长安、樊川（宣和七年以万年县改）、鄠等13县，辖区约今西安市（不含周至县）及北到泾阳县、西至兴平市、南至镇安县（约2.1万平方千米）。金天会八年（公元1130年）占据长安，沿置京兆府，辖长安、咸宁、蓝田等12县，辖区较北宋京兆府增加今周至县东部（约2.3万平方千米）。皇统二年（公元1142年）改永兴军路为京兆府路，京兆府属之。贞祐元年（公元1213年），分凤翔、郿县、盩厔（今周至）来属，改韩城县为贞州、郿县为郿州、盩厔（今周至）县为恒州，始为八州12县。从五代起，京兆府治所移驻长安城指挥街（今西大街东段路北社会路口西侧）。[44]
元朝蒙古太宗三年（公元1231年）沿设京兆府，隶于京兆府路，中统三年（公元1262年）隶于陕西四川行中书省。至元九年（公元1272年）忽必烈封三子忙哥剌为安西王，于京兆府城置王相府，京兆府隶于王相府。至元十六年（公元1279年）改京兆府为安西路总管府。至元二十三年（公元1286年）安西路隶于