公元10世纪后,随着长江流域经济发展,中国政治、经济、文化重心东移,西安失去首都地位。五代、宋、金时期,西安称京兆府,元世祖至元十六年(1279年)改称安西路(后改称奉元路),明太祖洪武二年(1369年)改称西安府。
在新的历史形势下,西安首先作为中国的西北军政重镇,以具有维系西北稳定、屏障中原安全的重要战略地位受到宋、元、明、清历代统治者的高度重视。北宋时期,西夏政权崛起于内蒙、宁夏一带,西安在北宋与西夏的战争对峙中是支援西北各路军事的主要基地。金朝灭亡北宋后,西安又成为金人北与西夏抗衡,南与南宋争夺汉中及四川的重要据点。蒙古窝阔台汗夺取关中后,蒙哥汗时期划西安为忽必烈的封地,作为进而经略四川、青海、西藏、云南的战略后方基地。至元九年(1272年),元世祖忽必烈封其第三子忙哥剌为安西王,以西安为指挥中心,拥兵15万分驻关中和六盘山,兼辖河西、吐蕃、四川广大区域。明朝初年,西安是北抗元朝残余势力,南图汉中、四川的军事重镇。洪武三年(1370年),明太祖封次子朱棱为秦王,以“天下山川,唯秦地号为险固”,特命皇太子巡视关陕。清王朝统一中国后,西安是派驻军队最早、驻兵数量最多的城市。驻西安的川陕总督辖境最大,统兵最多,不仅统辖陕西、四川和甘肃等省驻军,一度还兼辖山西省驻军。西北军政重镇西安始终发挥扼据要冲,镇慑一方,控制西北,屏护中原的战略作用,是中国西北地区的军事、政治中心。
唐末战乱使唐都长安遭到毁灭性破坏。唐末佑国军节度使韩建不得不放弃已成废墟的外郭城和宫城,以皇城为基础缩建长安城,面积约5.2平方公里,仅相当于唐长安城的1/16,五代、宋、金、元代仍维持这一城市规模。明王朝建立后,把西安城墙分别向东、向北扩展约1/3,城市面积扩展为7.9平方公里,形成延续至今的城垣格局。在扩展城区的同时,并于城内东北部兴建“宫殿轩敞,川原亭池极一时之盛”的明秦王府。清代拆除秦王府,就其故址扩大到今北大街、东大街一线修筑城墙,连同北面、东面城墙,形成城中之城的“满城”供八旗驻防,面积约占西安城总面积的1/3。直到1911年辛亥革命后,“满城”才被拆除。
宋代以后,长江流域经济发展水平超过长期领先的黄河流域,特别是明代以后,资本主义工商业在东南沿海地区萌芽兴起,使西安在经济上失去原有地位与功能,加之屡经兵燹洗劫,经济逐渐衰微落后。但西北及关中盆地的区域性经济使之依然保持西北地区最大经济中心的地位。北宋神宗熙宁十年(1077年),西安商税年收入38000余贯,在全国各主要城市中居第16位,在黄河流域各府州中居第5位。《马可·波罗游记》描述元代西安地区,“沿途所见城村,皆有墙垣,工商发达,树木园林既美且众,田野桑树遍布”,“此城工商繁盛,产丝多,居民以制种种金锦丝绢。城中且制一切武器。凡人生必须之物,城中皆有,价格甚贱”。明、清两代,因与晋南、豫西、川北、鄂西以及内蒙、西北各省均有货物往来,西安仍为西北商品集散中心。直到近代以后,沦为半殖民地半封建社会的旧中国日趋衰败,深处内陆的西安闭塞落后,经济萧条,城市萎缩。据《咸宁、长安两县续志》记载,1911年,咸宁“城关户一万四千零三十,口六万三千四百六十一”,长安“城关户一万零四百三十九,口四万八千一百六十七”,两县城关(即西安城关)合计人口仅11万余人。民国初年兵连祸结,1926年军阀刘镇华围城,西安城内居民冻饿战死达数万之众,古城西安跌入历史的谷底。西安市近代工业发展滞缓,直至1934年底陇海铁路通车西安,交通运输条件改善,机器工业才渐具规模。1937年抗日战争爆发后,沦陷区资金、人员大量流入,形成以纺织、食品、服装为主的轻工业经济,但直至1949年全市工业产值仅1.06亿元,远远落后于全国同类城市。