大业五年（609年），改东京（洛阳）为东都。[129]
隋皇泰二年（619年），王世充废皇泰帝，自立为帝，国号郑，定都洛阳。
唐武德四年（621年），李世民平定盘踞洛阳的王世充集团后[140]，李渊加封李世民为天策上将，令其在洛阳开府[141]（即天策府，专掌国家征伐[140]）；又置洛州总管府，辖洛州、郑州、熊州、榖州、嵩州、管州、伊州、汝州、鲁州等九州，洛州辖洛阳、河南、偃师、缑氏、巩、阳城、嵩阳、陆浑、伊阙等9县。
唐贞观元年（627年），分全国为十道，洛阳属河南道。贞观十一年（637年），唐太宗第一次就食于洛阳，改洛州为洛阳宫，洛阳的政治地位开始上升[179]。贞观十九年（645年）唐太宗驻跸洛阳，在洛阳仪鸾殿接见取经归来的玄奘。[129]
唐显庆二年（657年），唐高宗以洛阳为东都[125]，与西京长安并列为唐朝首都，实行两京制[129]。唐高宗先后七次移都就食于洛阳，在洛阳居住时间长达11年[166][179]，最终于弘道元年（683年）驾崩于洛阳紫微城贞观殿。[129]
唐光宅元年（684年），武则天改东都为神都[129]，对都城进行扩建，修建了明堂、天堂等建筑。
唐天授元年（690年），武则天在洛阳则天门（应天门）登基称帝，改唐为周，定都神都（洛阳）[129]。694年，波斯大酋长阿罗憾号召四夷酋长“聚钱百万亿”在洛阳修建万国天枢[142]，寓意“天下中枢”，象征世界中心，是武周帝国屹立于世界之巅，统领万国、协和万邦的见证