公元前202年（汉王五年），经过四年多的“楚汉战争”，刘邦打败项羽，建立西汉王朝。同年七月，燕王臧荼举兵叛汉，刘邦亲率大兵伐燕。九月，平定臧荼之乱，封亲信太尉卢绾为燕王，仍都蓟城。
西汉初年，刘邦为了实现中央集权，遂逐步消灭异姓诸王。公元前195年（高祖十二年）二月，刘邦派兵攻蓟，卢绾败逃塞北，后降匈奴，被封为东胡卢王，一年后病死于匈奴。刘邦改封皇子刘建为燕王，是为燕灵王。
刘邦死后，高祖后吕雉擅权。公元前181年刘建死，吕后杀其子，废燕国改置燕郡。次年改封她的侄子吕通为燕王。公元前179年，文帝即立，诛杀吕氏党羽，改立琅玡王刘泽为燕王，是为燕敬王。传至第三代刘定国时被废，改设燕郡。
公元前117年（元狩六年），汉武帝封其子刘旦为燕王，都蓟城。刘旦做燕王三十八年，是统治燕地时间最长的地方长官。公元前87年（后元二年），武帝卒，昭帝继位。刘旦勾结盖长公主、左将军上官桀、御史大夫桑弘羊等人密谋叛乱，觊觎帝位。公元前80年（元凤元年）事情败露，上官桀、桑弘羊等在长安被杀，刘旦在蓟城闻知事败，自缢而死。死后被谥号为“剌王”，意思是说他做事违戾乖谬。其子刘建被免为庶人，再度废燕国改设广阳郡。公元前73年（本始元年），宣帝即位后，封刘建为广阳王，改广阳郡为广阳国，仍都蓟城。传到其曾孙刘嘉时，被王莽所废。广阳国改为广有郡。西汉一代（包括王莽和更始帝）231年中，蓟城四度为诸侯王国的都城达198年，四度为郡治首府仅有33年。名称或称燕国、燕郡，或称广阳郡、广阳国和广有郡。
西汉末年，各地的农民起义纷纷爆发，汉宗室刘秀企图借机“复高祖之业”。公元24年（更始二年），刘秀北上进入蓟城，但遇到以王郎为代表的地方割据势力的威胁，只好在大将铫期的保护下，连夜夺蓟城南门而出，逃到广阳县城。不久，刘秀到达信都（今冀县），重整军马，又得到上谷太守耿况、渔阳太守彭宠等人支援。随后刘秀率军破邯郸、杀王郎，占据河北，与更始政权分裂。公元25年，刘秀领导地主武装力量先后打败了河北的各部起义军，并追剿农民军直至渔阳，在潞县（今通州区一部分）以东及平谷（今平谷区）一带剿杀了大部分农民起义军。同年六月在鄗南千秋亭（今河北柏乡县北）称帝，建立了东汉政权。
东汉建立的第二年，蓟城地区就发生了彭宠叛乱。彭宠原为渔阳太守，因助刘秀打败王郎有功，居功自傲。东汉立国后，刘秀大封功臣，而独彭宠无所加爵，遂心怀怨怅，后又因与幽州刺史朱浮失和，疑虑刘秀对他有加害之意。遂于公元26年（建武二年）二月举兵反叛，曾攻破蓟城，自为燕王。叛乱三年后才被平息，造成蓟城地区经济、社会的巨大破坏，后经郭伋、张堪治理才逐渐恢复起来。
东汉后期，随着阶级矛盾的日益尖锐，公元184年（光和七年）爆发了黄巾大起义。起义后来虽然被残酷地镇压，但东汉政权也遭到极大削弱，全国处于四分五裂状态，军阀割据的局面已经形成。公元189年（中平六年），汉宗室刘虞出任幽州牧，驻节蓟城。一年后，由于发生董卓之乱，蓟城与名存实亡的东汉政权中断了固定的联系，陷入刘虞、公孙瓒、袁绍、曹操等的军阀战争之中。
公元192年（初平三年），刘虞部将公孙瓒不服其节制，在蓟城另筑“小城”自据。翌年，刘虞率军十万攻公孙瓒，却被公孙瓒以数百精兵用火攻打败，刘虞败退居庸县被擒，后斩于蓟城。公孙瓒遂占据幽州，施行暴政，加之旱灾、蝗灾，使谷价昂贵，以至出现人相食的惨景。两年后，袁绍勾结乌桓、鲜卑贵族打败公孙瓒，公孙瓒退守易京城（河北雄县西北）。199年（建安四年）春，被袁绍攻破，公孙瓒自焚而死。袁绍占据幽、冀、青、并等州，成为北方一支强大的势力。但第二年官渡一战，被曹操击败，袁氏集团遭到重创。207年（建安十二年），曹操最终打败乌桓，消灭袁绍残余势力，统一了北方。
魏晋十六国北朝时期，蓟城地区多数时间已不受中央政府控制，这里成为了北方封建割据势力的一个中心。这些割据者为了保住自己的地盘，通常是招募边塞少数族当兵或直接援引少数族军事力量作为助力。结果不但导致边塞各族大量进入内地，而且一旦双方失和，割据者往往被杀，蓟城则被游牧族占据，成了他们南下中原的军事前哨基地。这中间最典型的例子就是西晋末年的王浚割据。
公元301年（惠帝永康二年），幽州刺史王浚乘“八王之乱”割据幽州。王浚在军事上主要依靠并州刺史刘琨、辽西鲜卑段氏和幽州乌丸（桓）三支力量，其中鲜卑、乌丸的骑兵是王浚作战的主力。公元312年（怀帝永嘉六年），王浚布告天下，伪称“受诏承制”，欲取代晋朝，政治上渐失人心。军事上，先与刘琨失和，失去并州的支持；随后在羯族石勒的离间下，与鲜卑、乌丸的联盟也瓦解。加之王浚统治手段非常残暴，对百姓异常暴虐盘剥，《晋书·石勒载记上》记载：他“刑政苛酷，赋役殷烦，贼害贤良，诛斥谏士。下不堪命，流叛略尽”。晋末，幽州地区连遭蝗涝之灾，王浚仍大兴土木，奢靡寻欢。1965年，在北京西郊八宝山以西一里处发现了王浚之妻华芳的墓葬。该墓虽早被盗掘，但仍出土一批精美的随葬品，包括骨尺、漆盘、料盘、银铃、铜熏炉等，可见王浚当年生活之一斑。公元314年（建兴二年）三月，石勒率兵袭破蓟城，擒杀王浚。石勒在蓟城停留二日，纵兵大肆焚掠宫室，屠杀百姓和兵士万余人，但因实力不够并未占据蓟城。蓟城落入鲜卑段部手中。319年，石勒建立后赵政权，蓟城遂归入其版图。
以后蓟城又历经前燕、前秦、后燕和北朝的北魏、东魏、北齐、北周等朝代，直至隋及唐前期，统一的中央政权才又有力量恢复了对蓟城地区的控制。