唐末以后的长安显著的变化是城区大幅度地缩小。唐昭宗天佑元年（904年），驻守长安的佑国军节度使韩建在已被朱全忠彻底破坏了的京城废墟上，仅将原来官署所在的皇城加以整修作为新的长安，而放弃了外郭城和宫城。这也就是从唐末、五代，直到宋、元时期的长安城。它的位置就在今西安市旧城区除东部和北部一部分之外的地方。
元代把这座缩小后的长安城称为“奉元城”。当时在这座城东北约3公里处还另修了一座新城，作为安西王，即元世祖忽必烈第三个儿子忙哥剌的王府。意大利古代著名旅行家马可•波罗在游记中介绍说：“城外有王宫，即上述大汗子国王忙哥剌之居也。宫甚壮丽，在一大平原中，周围有山川湖泉不少，高大墙垣环之，周围约五里。墙内即此王宫所在，其壮丽之甚，布置之佳，罕有与比。宫内有美丽殿室不少，皆以金绘饰。此忙哥剌善治其国，颇受人民爱戴。军队驻扎宫之四周，游猎为乐。”安西王府城遗址夯土堆和城基至今尚存，当地农民将其称为“鞑王殿”。
五代至明的几百年间，长安城治的名称曾多次变化，如后梁改唐时之京兆府为大安府；后唐复为京兆府；后晋罢京兆府置晋昌军；后汉改为永兴军；后周时不变；宋代又设京兆府，改永兴军节度使为陕西路治；金代改为京兆府路；元代初年仍为京兆府，并为陕西四川行省治所所在地，后又改为安西路和陕西行省。元皇庆元年（1312年）改为奉元路；明代初年，改奉元路为西安府，并为陕西布政使司治所。这是历史上最早出现的“西安”名称。清代相沿不改。
明城墙 明代在原唐长安城的皇城基础上修建了明城墙。主要是从明太祖洪武（1368-1398年）初年，将长安东、北两面的旧城拆除，各向外扩大了一段距离。而将西城和南城，分别向北和向东延长了一段，以与新的东、北城相接。明西安城周长约11.9公里，城垣平面呈长方形。其中东墙长2590米，西墙长2631.2米，南墙长3441.6米，北墙长3244米，它的面积，比唐代皇城扩大了1/3左右。
明西安城墙是用黄土分层夯筑而成，最底层用土和石灰加糯米混合夯实。以上各层土中加碎麦草，土层厚度都在10至12厘米之间。这座城最初还是土墙，到明穆宗隆庆年间（1567-1572年），才在城外包了一层青砖。清代乾隆年间（1736-1795年），毕沅任陕西巡抚时，又加厚了墙基，加砌了一层青砖，使其更加坚固。
重修后的西安城墙高12米，顶宽12至14米，底宽15至18米。城墙顶外沿修有带垛口的矮墙。这些矮墙又名雉堞或女墙，各垛口之间下部开有用以瞭望和射击敌人的小方孔。城每隔120米修一座突出墙外长12米、宽20米的敌台（又名墩台或马面），两座敌台之间距离的一半，恰好在弓箭的有效射程之内，因而这是射杀偷袭爬墙之敌最有利的地方。四城98座敌台上，都建有驻兵的敌楼（又名墩楼）。
城门是唯一的出入通道，因而也是整座城墙的要害部位。明代扩建、清代沿用的西安城的东、西、南、北四座城门，各有正楼、箭楼和闸楼（又名谯楼）三座城楼。城楼下的小城又名瓮城或月城，是驻兵的重地。
城四角都修有突出的角台，除了西南角的角台为圆形，可能是保持唐皇城转角原状外，其它都是方形。角台位置突出，视野宽阔，便于观察和射击敌人，但也更容易受到攻击，因而上边修有较敌台更加高大的角楼。
城墙之外有护城河环绕，在正对城门的位置设有可以随时起落的吊桥。升起吊桥，也就切断了出入城的通路，这是进城的第一道关口。西安城墙曾经是明、清以来一个庞大而且严密的防御整体，是我国现存最完整的城堡建筑。
秦王府城 明代初年，在修西安外郭城的同时，又在城中修了秦王府城。秦王府城又名秦藩府城或王城，它的遗址就是今天西安市内人们所说的“新城”。可惜此城的城墙、城门大部分已被破坏。钟楼，位于西安城中东、南、西、北四条大街交汇处。始建于明洪武十七年（1384年）。原在广济街口与鼓楼东西对峙。万历十年（1582年）迁于今址。是一座重檐三滴水四角攒尖木结构建筑，基座边长35.5米，高8.6米，用青砖白灰砌筑而成，四面正中各开一券门，高宽各6米，楼分二层，四角攒尖顶，飞翘檐角，覆碧琉璃瓦。每层檐下斗拱勾连，装饰富丽。楼体为木质结构，由砖台阶踏步上到砖基座大平台进入面阔七间进深三间的一层楼内，由楼内扶梯可盘旋登上二楼。二楼四面有门，外面回廊，凭栏可眺望全城风光，为古城西安的标志。钟楼原有唐景云钟，现存碑林博物馆内。1997年仿制景云钟悬挂钟楼基座西北角。
鼓楼 位于西安古城内西大街北院门南段。建于明洪武十三年（1380年）。楼上原有巨鼓一面，每日击鼓报时，故称鼓楼。清代两次重修，楼体仍保持原建筑特点。楼座为长方形，全用青砖砌筑，高7.7米，长52.6米，宽38米，南北正中辟有高宽各6米的券门，门洞内路面和基座部分通用青条石。鼓楼通高33米，楼建于基座中心，面阔7间，进深3间，四面设回廊，第一层楼身上置腰檐和平座，第二层楼为重檐歇山庑殿顶，各层檐下增施斗拱，青绿彩绘，顶上青灰瓦覆盖。楼内上下厅堂皆极宽敞，雕梁画栋。原有“文武盛地”、“声闻于天”巨匾分悬南北，毁于“文化大革命”中。1996年拆除钟鼓楼之间房屋辟建钟鼓楼广场，进一步突出了钟鼓楼作为西安古城标志性建筑的特点。