Năm 938, triều Liêu đổi tên U châu thành Nam Kinh, biến nơi này thành một trong bốn bồi đô, trong khi thủ đô chính của Liêu đặt tại Thượng Kinh (nay thuộc kỳ Ba Lâm Tả, Nội Mông). Kế thành được nhượng cho Liêu do là một phần của U châu, giữ vị thế Nam Kinh và nằm ở phần tây nam vùng đô thị của Bắc Kinh ngày nay. Một số cảnh quan cổ nhất tại phía nam khu Tây Thành và khu Phong Đài có niên đại từ thời Liêu. Chúng bao gồm đường Tam Miếu (三庙街), một trong các đường phố cổ nhất tại Bắc Kinh[56] và Ngưu Nhai Lễ bái tự được hình thành vào năm 996, và Thiên Ninh tự, được xây dựng từ năm 1100 đến năm 1119. Dưới sự cai quản của triều Liêu, dân số nội thành Nam Kinh tăng từ 22.000 vào năm 938 lên 150.000 vào năm 1113 (và dân số khu vực xung quanh tăng từ 100.000 lên 583.000) do có một lượng lớn người Khiết Đan, Hề, Thất Vi và Bột Hải từ phía bắc và người Hán từ phía nam nhập cư đến.[57][Note 3]

Sau khi thống nhất phần còn lại của Trung Hoa vào năm 960, nhà Tống bắt đầu tìm cách đoạt lại các châu mà Thạch Kính Đường cắt nhượng cho Khiết Đan. Năm 979, Tống Thái Tông đích thân dẫn quân Bắc chinh, quân Tống tiến đến và bao vây Nam Kinh song thất bại trong trận Cao Lương Hà có ý nghĩa quyết định, diễn ra ngay phía tây bắc Tây Trực Môn hiện nay. Năm 1122, nhà Tống lập Hải Thượng chi minh với người Nữ Chân. Hai quốc gia nhất trí cùng tiến công Liêu và nếu thành công thì Yên Vân thập lục châu sẽ thuộc về Tống.[58] Quân Tống ngập ngừng trong chiến dịch song người Nữ Chân giành chiến thắng và đẩy người Khiết Đan đến Trung Á. Người Nữ Chân chiếm Nam Kinh, cướp phá thành rồi trao cho Tống, đổi lấy đồ cống nạp.[59] Nhà Tống quản lý thành trong một thời gian ngắn ngủi, song kịp đổi tên thành là Yên Sơn (燕山).

Người Nữ Chân thành lập nhà Kim, và do nhận thấy nhà Tống yếu kém nên quân Kim xâm lược Trung Nguyên vào năm 1125. Quân Kim nhanh chóng tái chiếm Yên Sơn và đổi tên thành là Yên Kinh. Ngày Ất Mão (26) tháng 3 năm Quý Dậu[60] (21 tháng 4 năm 1153), hoàng đế Kim là Hoàn Nhan Lượng chuyển quốc đô từ Thượng Kinh (nay thuộc Cáp Nhĩ Tân, Hắc Long Giang) đến Yên Kinh, và đổi tên Yên Kinh là Trung Đô (中都).[34] Lần đầu tiên trong lịch sử, Bắc Kinh trở thành thủ đô của một triều đại lớn [trong lịch sử Trung Quốc].

Nhà Kim mở rộng thành về phía tây, đông và nam, tăng gấp đôi kích thước. Theo bản đồ ngày nay, Trung Đô kéo dài từ Tuyên Vũ Môn ở phía đông bắc đến ga Bắc Kinh Tây ở phía tây, và phía nam vượt ra ngoài phía nam của đường vành đai 2. Tường thành có 13 cổng, bốn cổng nằm ở phía bắc, số cổng còn lại chia đều cho ba mặt. Chứng tích tường thành Trung Đô vẫn còn được bảo tồn ở khu Phòng Đài.[61] Nhà Kim nhấn mạnh vị thế trung tâm của chính quyền bằng cách đặt tổ hợp cung điện có tường bao quanh tại trung tâm của Trung Đô. Cung điện nay nằm ở phía nam Quảng An Môn và ở phía bắc của Đại Quan Viên.[62] Dân số trong thành tăng từ 82.000 vào năm 1125 đến năm 400.000 vào năm 1207 (tại khu vực xung quanh tăng từ 340.000 đến 1,6 triệu người).[63][Note 3] Tiền giấy lần đầu tiên được sử dụng tại Bắc Kinh là dưới thời Kim.[64] Lư Câu Kiều bắc qua Vĩnh Định Hà ở tây nam thành Trung Đô, được xây dựng vào năm 1189.

Trung Đô đóng vai trò là thủ đô của Kim trong hơn 60 năm, cho đến khi bị Mông Cổ tiến công vào năm 1214.[65] Năm 1213, Thành Cát Tư Hãn kiểm soát được phần lớn lãnh thổ Kim ở phía bắc Hoàng Hà, ngoại trừ Trung Đô. Vào tháng 3 năm 1214, Thành Cát Tư Hãn lập đại bản doanh ở vùng ngoại thành phía bắc Trung Đô cùng với nhị đệ là Chuyết Xích Hợp Tát Nhi và ba nhi tử là Truật Xích, Sát Hợp Đài, Oa Khoát Đài bắt đầu bao vây thành.[66] Mặc dù triều đình Kim suy yếu do một cuộc chính biến, song thành Trung Đô lại rất vững khắc với ba lớp hào và 900 tháp canh.[67] Đến khi trong hàng ngũ quân Mông Cổ xuất hiện dịch bệnh, Thành Cát Tư Hãn phái sứ giả người Hồi giáo là Ja'far vào thành Trung Đô đàm phán, triều đình Kim chấp thuận một thỏa thuận hòa bình mà theo đó Kim cắt đất và chấp thuận địa vị chư hầu. Thành Cát Tư Hãn yêu cầu được kết hôn với một công chúa Nữ Chân, Kì Quốc công chúa- nhi nữ của Kim Vệ Thiệu Vương- là người được lựa chọn.[68][69] Bà cùng với 10 đại tướng và 100 lính hộ giá, 500 đồng nam và đồng nữ, 3.000 bộ y phục lụa thêu, 3.000 ngự mã, nhiều kim cương châu báu đến doanh trại Mông Cổ.[70] Bà trở thành một trong "đệ tứ oát nhi đóa" của Thành Cát Tư Hãn, Thành Cát Tư Hãn sau đó bỏ việc bao vây và triệt thoái về phía bắc Cư Dung quan.

Kim Tuyên Tông sau khi bàn luận với quần thần, quyết định dời đô từ Trung Đô đến Khai Phong ở xa hơn về phía nam. Đến tháng 6 năm 1214, khi đoàn triều đình Kim dời khỏi thành, một đội cận vệ người Khiết Đan nổi dậy tại Lư Câu Kiều và đào thoát sang Mông Cổ. Thành Cát Tư Hãn cho rằng Kim đang cố tái gây dựng sức mạnh quân sự ở phương nam, vi phạm các điều khoản hòa bình, vì thế quyết định tái xâm lược Kim. Đến mùa đông, quân Mông Cổ lại bao vây Trung Đô.[71]

Năm 1215, sau khi nhiều cư dân trong thành bị đói do quân Mông Cổ siết chặt bao vây, 100.000 lính trấn thủ và 108.000 hộ trong thành Trung Đô đầu hàng.[72] Quân Mông Cổ tiến hành cướp bóc và đốt phá trong thành.[73] Người Mông Cổ đổi tên Trung Đô thành Yên Kinh và dân số trong thành giảm chỉ còn 91.000 người vào năm 1216 (cùng với 285.000 tại khu vực xung quanh).[63][Note 3] Trong số những tù binh bị quân Mông Cổ bắt giữ tại Trung Đô, có một người tên là Da Luật Sở Tài, ông thuyết phục Thành Cát Tư Hãn rằng mặc dù có thể chinh phục Trung Hoa trên yên ngựa song lại không thể cai trị trên yên ngựa. Thay vì chuyển phía Bắc Trung Quốc thành đồng cỏ, sẽ có lợi hơn nếu người Mông Cổ thu thuế từ các nông dân người Hán. Thành Cát Tư Hãn nghe theo lời khuyên của Da Luật Sở Tài, vì thế hành vi cướp bóc của quân Mông Cổ giảm bớt. Quân Mông Cổ tiếp tục cuộc chiến chống Kim cho đến khi chiếm được Khai Phong vào năm 1234, Kim diệt vong. Da Luật Sở Tài được chôn cất ở bờ đông của hồ Côn Minh thuộc nơi mà ngày nay là Di Hòa Viên.[74]