在北京古代历史长河中，辽、金、元、明、清五个封建王朝统治时期是极为重要的时期。北京的政治地位发生了重大的变化，逐渐取代了长安、洛阳等古都的地位，由地域政治中心上升为全国政治中心。
辽以幽州为南京
辽是契丹人建立的国家，最早居住在潢水（今内蒙古西剌木伦河）与土河（今老哈河）流域，过着“逐寒暑，随水草畜牧”的生活。907年，唐朝灭亡，中原进入五代十国时期。也就在这一年，契丹耶律氏首领耶律阿保机凭借强大的军事力量一举成为契丹族的最高首领。916年，耶律阿保机在龙化州（今内蒙古赤峰市八仙筒一带）正式建国，国号“大契丹”，成为契丹民族历史上的第一个皇帝。契丹历史从此进入发展的新时期。
耶律阿保机建国以后，契丹贵族不再仅仅满足于南下掳掠人畜和财物，他们企图在中原地区建立统治，幽蓟地区是他们攻取的主要战略目标，917年耶律阿保机派兵攻打幽州，928年耶律德光两次出兵河北即是明证。936年石敬瑭承诺割让幽云十六州之举无疑加速了这一进程。
938年（辽太宗会同元年，后晋天福三年）十一月，石敬瑭遣使向契丹献幽云十六州图籍。同一年，辽太宗耶律德光下诏改国号为大辽（还有一种说法谓改国号在947年），以幽州为南京。从此今北京地区成为辽朝的陪都，北京的历史也进入一个新的阶段，即由地域性的城市开始向全国政治中心城市转变。
辽代在国家管理上实行“以国制治契丹，以汉制待汉人”的胡汉分治方针，在中央分设北、南两枢密院，北院统治契丹和北方游牧民族；南院统治汉人。在汉人聚居的地区，辽地方行政制度实行道、府、州军、县四级制，与唐及北宋初期制度基本相同。具体到今北京地区来说，938年设置南京道，南京道下设幽都府。1012年（辽圣宗开泰元年），南京改称燕京，幽都府改称析津府。1032年（辽兴宗重熙元年）后，析津府下辖6州、11个直辖县。6州包括顺州、檀州、涿州、易州、蓟州、景州。11个直辖县即析津、宛平、昌平、良乡、潞、安次、永清、武清、香河、玉河、漷阴。其中析津、宛平两县为附郭县。
南京道的行政机构是留守司，留守为最高行政长官。南京留守司下属机构有：三司使，专管燕、蓟、涿、易、檀、顺等汉人居住州县的“钱帛”事务；转运使，负责财货转运等事项；栗园司负责栗子生产、销售和税收等事务；都虞候司负责皇帝巡幸南京时的巡逻和警卫工作；警巡院负责城区地方治安；统军司掌管军事。
南京作为陪都，辽中央政府在这里还设有行使中央权力的军政机构。宰相府，置左右相、左右平章政事等官职，辅佐皇帝主持政务。都元帅府为中央直接掌管的军事机构，设都元帅、大元帅统领中央兵马。南郊设永平馆，是辽国接待宋使的处所。
中原政权三次进攻南京
契丹人夺占幽云十六州，是南北政治形势的一次重大转折，它不仅使幽燕地区的命运发生重大变化，而且使整个中原直接处于北方民族铁骑的攻势之下，形势是极端不利的。因此，中原统治者在宋辽议和之前，先后发动了三次攻打南京的战争，企图收复幽云十六州。
第一次是后周世宗柴荣北伐。954年，后周世宗柴荣即位。此时中原统治者和辽统治者正好形成反差。柴荣志向远大，才兼文武，而辽穆宗昏庸残暴，纵酒无度，日睡不朝，当时人称“睡王”。于是柴荣在整顿内政，恢复生产的基础上，制订了先取吴、蜀，次复幽燕，最后攻取太原，“混一”中国的军事行动计划。在取得对吴、蜀用兵的胜利之后，于959年（后周显德六年、辽穆宗应历九年）出兵北伐。
这年夏四月，周世宗带兵北进，沿水路北达沧州，又西入辽境，一举攻克益津（在今河北霸县）、瓦桥（今河北雄县西南）、淤口（今河北霸县东信安镇）三关，五月又攻陷瀛、莫二州，其先锋部队抵达固安。辽穆宗以南京留守萧思温为兵马都总管出兵迎击，萧抵抗无力，周世宗的北伐军“兵不血刃，取燕南之地”。但恰在此时，周世宗在进军途中染病而亡，后周军队只得班师回朝，北伐之举功败垂成。
第二次是高梁河之役。宋太宗即位后，979年（宋太平兴国四年、辽保宁十一年、乾亨元年）出兵太原灭掉北汉政权，继之乘胜伐辽。宋军到达河北，渡过易水，幽州外围易、涿、顺、蓟诸州辽地相继归附于宋。北宋军队又打败辽将耶律奚底、萧讨古，抵达南京城下。宋太宗驻跸城南宝光寺，亲自指挥围攻南京城的战役。从阴历六月下旬开始围城，“穴地而进”，辽南京守将韩德让（耶律隆运）率兵日夜坚守城池，致使宋军攻城十数天而不下。
当宋军围攻南京之际，辽景宗正在北方游幸狩猎，他主张放弃幽燕，辽军退守松亭关、古北口。辽将耶律休哥等主动请战，带援军解救南京。这年阴历七月六日，辽、宋两军在燕京城北高梁河一带展开激战。宋军先与辽南府宰相耶律沙的军队接仗，未能取胜。继而与辽援军交战，耶律休哥与耶律斜轸率辽军从左、右翼合击宋军，驻守南京马步军都督指挥使耶律学古开城接应。宋军溃败南逃，辽军追击三十多里，斩杀宋军一万多人，耶律休哥率军追至涿州而还。宋太宗股中两箭，仅乘驴车得以逃脱。辽军收复了被宋军占去的州县。
第三次是雍熙之役。高梁河战役之后，辽、宋双方曾多次发动军事攻势，互有胜负。982年（辽乾亨四年），年幼的辽圣宗耶律隆绪继承帝位，由萧太后代理朝政。这年起，耶律休哥任南京留守，并接任南面行营总管，主持辽宋边务。宋太宗误认为辽国主幼势衰，未经充分准备，竟派大军北伐。
986年（宋雍熙三年）阴历三月，宋朝陆路军队分三路北进。东路由曹彬、崔彦进、米信率军从雄州道（今河北雄县）北上，主攻南京；中路由田重进统兵由飞狐道（今河北蔚县一带至山西大同间的古道）北进，居中策应；西路由潘美、杨继业率领向雁门道（今山西代县附近）进发，扰辽后方。另有一路水军自东部沿海，抢占辽西走廊，防止契丹调集援军由榆关南下，沿海滨救援南京。本来，宋太宗计划由东、中两路正面进攻，牵制辽南京的兵力，西路则迂回北上，切断辽援军，攻占云、朔二州，最后三路军队会师南京城，一举收复幽云十六州。
战事初期，宋军的进攻十分顺利。东路军在大将曹彬的率领之下，一路北上，取岐沟（今涿县西南）、涿州，占固安等地。西路军也连续攻克寰州、朔州、应州及重镇云州。中路军也一路打败辽军，直取蔚州。此时辽大队援军未到，耶律休哥采取游击战和消耗战，与东路宋军周旋，“夜以轻骑出两军间，杀其单弱以胁余众，昼则以精锐张其势，使彼劳于防御，以疲其力。又设伏林莽，绝其粮道”。东路宋军粮草济运困难，只得被迫从固安退至白沟。
此时，西路及中路宋军进展仍较为顺利。东路军诸将纷纷请求出战，主帅曹彬于是复率军北上进攻涿州，再克之。四月，萧太后和辽圣宗亲率援军南下，兵抵驼罗口（今涿县东北）。耶律休哥率军出击，两路夹击涿州，于岐沟关展开激战，宋军大败，阵亡将士多达数万人。东路军惨败，战局已定，中路宋军与辽军在飞狐交战亦失利。此时西路已成孤军，且失去作战意义，但主将潘美与监军王侁却幻想独建奇功，强令副将杨继业带兵攻朔州。在孤军深入，没有后援接应情况下，宋军在朔州南中了辽军埋伏，号称“杨无敌”的杨继业受重伤，在陈家谷口（今山西朔县南）被俘，绝食而亡。辽军割取杨继业首级作为献俘战利品送至南京。杨继业是北宋名将，他的民族气节深为宋、辽人民敬仰。当宋、辽议和以后，在辽国境内古北口修建“杨令公祠”，以示纪念。该祠俗称“令公庙”，至今犹存。
“澶渊之盟”及其影响
宋朝经过两次北伐失利，已失去向辽主动进攻的能力。公元1004年（辽圣宗统和二十二年，宋真宗景德元年）闰九月，萧太后和辽圣宗亲率二十万大军南征，一直打到黄河边，深入宋境。宋真宗受寇准等大臣的坚请，被迫至前线督战，双方互有胜负，同年的十二月最终议和。订立盟约的地点在澶州（今河南濮阳），史称“澶渊之盟”。根据盟约规定，宋朝每年向辽纳银10万两，绢20万匹，在南京交割，宋辽以白沟为界。
“澶渊之盟”的订立，表明南北军事力量达到一定均势，宋辽都不可能彼此吞并。盟约的签订对宋朝来说固然屈辱，但在以后一百多年内，双方基本维持和平相处的局面，辽朝在南京的统治地位得以巩固，南京从军事前哨一变而成为与宋朝交往的友好城市。南京政治、经济、文化地位继续上升，这些为其在金代上升为正式都城奠定了基础。
南京地区不论是在军事、经济、政治、文化上对于辽国的存在与发展都有着至关重要的作用。《金史·梁襄传》曾对此有过分析：“亡辽虽小，止以得燕，故能控制南北，坐致宋币。”这形象地说明了南京的重要地位。
“海上之盟”及北宋燕山府
宋辽共立澶渊盟约，形成双边百余年相安的和平局面，但北宋统治者想收回幽云十六州的想法始终未改。到了宋、辽二朝末年，原来依附于辽国，生活于东北的女真族迅速崛起，公开起兵抗辽。北宋统治者为了转移国内矛盾，想乘金人攻辽之机夺取幽燕之地。于是在1120年（宋宣和二年）派使臣赵良嗣（原名马植）通过海道赴金联系，双方议定合力灭辽。灭辽后，以长城为界，金国占据辽故地，宋朝收回幽云十六州，宋将每年交付辽国的金帛转纳金国，史称“海上之盟”。
1122年（辽保大二年、宋宣和四年、金天辅六年）春，金兵率先攻克辽中京（今内蒙古宁城西），天祚帝西逃至云中。驻守燕京的耶律淳在手下将领文臣的怂恿下，自立为帝，号天锡皇帝，改元建福，史称“北辽”。但耶律淳很快就在内外交困中病死，被草草葬于燕京西山。遗命又立天祚帝次子秦王定为帝，改元德兴，由耶律淳妻萧氏为太后，主持军国大事。
这年阴历七月，宋宦官童贯等率军攻燕京，辽将郭药师率所部“常胜军”降宋，献出涿、易二州，宋军进逼到良乡，隔卢沟河（今永定河）与辽军主力对峙。这时郭药师又献计，出奇兵绕过辽军防线，直接攻取燕京。十月二十三日，郭药师以轻骑夜渡卢沟河，绕道从三家店至安次。次日晨，派常胜军5000人混入郊民之中，夺迎春门入燕京城，列阵于悯忠寺前。郭药师下令杀尽城中的契丹、奚人，引起了强烈的反抗。萧太后下令闭城，与宋军展开激烈巷战，又派人招回辽军主力，郭药师军队大乱，其本人弃马逾城而逃。一个攻取燕京的绝好机会就这样丧失了。卢沟河以南的宋军闻知常胜军大败，辽主力又回师反击，遂溃不成军，自己放火烧了军营、粮草，狼狈退逃白沟。
萧太后在击败宋军之后，曾遣使向宋朝请降，并提出辽如果灭亡，宋也难免“唇亡齿寒”的命运，希冀辽、宋联合力量来与金朝对抗。可惜宋朝君臣昏庸，拒绝了辽朝求和。前线的童贯又因军事上的一再失利，担心无法收复燕京而获罪，便秘密派遣使者向金求援。金兵于十二月从居庸关和得胜口两路南下，辽皇室与官员自古北口逃走，金兵占据了燕京城。
这时，宋朝政府仍想以长城为限与金分界，自然遭到金国拒绝。金只答应把燕京及山前的涿、易、檀、顺、景、蓟六州归还宋朝。而且，以燕京是金兵攻占为借口，要求每年从燕京租赋中拿出一百万贯钱作为代租费交予金人以为报偿，软弱无能的北宋政府只好全部接受金人的条件。金兵退出燕京时，“大毁诸州及燕山城壁、楼橹，要害咸平之。又尽括燕山金银钱物，民庶、寺院一扫而空”。还将燕京旧辽官吏、工匠以及家产达150万贯的富户三万余家迁至关外，实际交给宋朝的燕京只是一座空城而已。
而早在1122年十月，宋徽宗就预先于燕京改置“燕山府”。北宋统治燕山府期间民困财竭。1125年（宣和七年）又发生严重饥荒，竟然出现父母吃掉自己的骨肉、有人把病死的尸体拿到市场上插纸标出售的惨景。这一年十月，金国在消灭辽残余势力后兵分两路南进。一路由宗翰统领，出云中，攻太原；另一路由宗望领兵由平州攻燕山府。宋朝政府命令守将郭药师领兵7万人迎击。不想郭药师兵败，逃回燕京城，扣押了燕山知府蔡靖等人，又叛宋降金。燕山府维持了不到三年时间，又落入金兵之手。