Năm 1368, Chu Nguyên Chương lập ra nhà Minh tại Nam Kinh và phái bộ tướng là Từ Đạt công chiếm Đại Đô, triều đình Nguyên phải chạy lên thảo nguyên. Hoàng cung của Đại Đô bị phá bỏ và thành được đổi tên là Bắc Bình.[88] Nam Kinh, cũng gọi là Ứng Thiên phủ trở thành kinh sư của triều đại Minh. Hai năm sau đó, Hồng Vũ Đế Chu Nguyên Chương trao Bắc Bình cho tứ tử là Chu Đệ khi đó mới 10 tuổi, phong tước là Yên Vương. Năm 1380, Chu Đệ mới thực sự chuyển đến Bắc Bình và nhanh chóng xây dựng năng lực quân sự của ông, bảo vệ biên giới phía bắc. Hồng Vũ Đế qua đời năm 1398, hoàng tôn là Chu Doãn Văn kế vị, tức Kiến Văn Đế. Tân hoàng đế tìm cách loại bỏ bớt quyền lực của hoàng thúc tại Bắc Bình, trong nội bộ hoàng tộc Minh xảy ra cuộc đấu tranh quyền lực gay gắt. Năm 1402, sau bốn năm diễn ra Tĩnh Nan chi dịch, Chu Đệ chiếm được Nam Kinh và xưng là hoàng đế, tức Vĩnh Lạc Đế. Hoàng đế thứ ba của nhà Minh không muốn ở lại Nam Kinh, ông cho xử tử hành trăm quan lại trung thành với Kiến Văn Đế.

Năm 1403, Vĩnh Lạc Đế đổi tên căn cứ của mình thành Bắc Kinh, và nâng địa vị thành một nơi trực thuộc triều đình trung ương, ngang bằng với Nam Kinh. Đây là lần đầu Bắc Kinh có tên gọi như hiện nay, mặc dù thành cũng được gọi là Thuận Thiên phủ.[89] Từ năm 1403 đến 1421, Vĩnh Lạc Đế cho tiến hành chuẩn bị để lập Bắc Kinh làm thủ đô mới, một chương trình tái thiết lớn được tiến hành tại thành. Một số công trình lịch sử mang tính biểu tượng nhất của Bắc Kinh, bao gồm Tử Cấm Thành và Thiên Đàn, được xây dựng trong chương trình này. Đến thời Gia Tĩnh Đế, triều đình Minh cho xây dựng thêm Nhật Đàn, Địa Đàn và Nguyệt Đàn vào năm 1530.

Năm 1421, Vĩnh Lạc Đế chuyển kinh sư của nhà Minh đến Bắc Kinh, Bắc Kinh trở thành thủ đô chính của nhà Minh. Sau khi Vĩnh Lạc Đế qua đời vào năm 1424 khi trở về sau chiến dịch chống Mông Cổ lần thứ năm, nhi tử của ông là Hồng Hi Đế quyết định dời đô về lại Nam Kinh, song mắc bệnh qua đời vào năm 1425.[90] Nhi tử của Hồng Hi Đế là Tuyên Đức Đế quyết định vẫn định đô tại Bắc Kinh.[91] Giống như tổ phụ, Tuyên Đức Đế quan tâm đến tình hình biên giới phía bắc và hầu hết đoạn Trường Thành ở phía bắc địa phận Bắc Kinh được xây dựng vào thời nhà Minh.

Vào đầu thời Minh, phần phía bắc của thành Đại Đô cũ có dân số suy giảm và bị bỏ hoang. Năm 1369, dân số trong thành giảm xuống còn 95.000, và chỉ có 113.000 người ở khu vực xung quanh.[63][Note 3] Một bức tường phía bắc mới được xây dựng cách tường thành cũ 2,5 km (1,6 mi) về phía nam, khiến Tích Thủy Đàm nằm bên ngoài thành và trở thành một phần của con hào phía bắc. Một bức tường phía nam mới cũng được xây dựng, cách tường thành phía nam của Đại Đô nửa km. Các biến đổi này hoàn tất Nội Thành của Bắc Kinh, với 12 cổng thành (hai ở phía bắc, bốn ở phía nam, ba ở phía đông và phía tây).

Nội Thành trụ lại sau sự biến Thổ Mộc bảo vào năm 1449, khi người Ngõa Lạt Mông Cổ bắt được Chính Thống Đế trong một chiến dịch quân sự tại Hoài Lai. Thủ lĩnh Ngõa Lạt là Dã Tiên sau đó vượt qua Trường Thành và tiến gần kinh thành nhà Minh, trong tay nắm giữ hoàng đế nhà Minh. Binh bộ thị lang Vu Khiêm từ chối yêu sách đòi tiền chuộc của Dã Tiên, bất chấp lời khẩn cầu của Hoàng đế. Vu Khiêm nói rằng trách nhiệm bảo vệ quốc gia được ưu tiên hơn so với chuyện sinh tử của Hoàng đế. Vu Khiêm bác bỏ lời kêu gọi dời đô về phương Nam của các quần thần khác, thay vào đó ông tôn hoàng đệ của Chính Thống Đế là Chu Kì Ngọc lên ngôi, tức Cảnh Thái Đế, cũng như tập hợp 22 vạn lính bảo vệ kinh thành. Quân Minh với súng cầm tay và súng thần công phục kích đội kị binh Ngõa Lạt bên ngoài Đức Thắng Môn, giết chết huynh đệ của Dã Tiên, và đẩy lui một cuộc tiến công khác tại Tây Trực Môn. Dã Tiên rút quân về Mông Cổ và ba năm sau trao trả Chính Thống Đế mà không cần tiền chuộc. Năm 1457, Chính Thống Đế giành lại ngai vàng và xử tử Vu Khiêm vì tội phản nghịch. Phủ của Vu Khiêm tại Đông Đan sau đó chuyển đổi thành một ngôi đền để vinh danh ông.[92]

Sau khi trở lại ngôi vị hoàng đế, Chính Thống Đế cải niên hiệu thành Thiên Thuận, vì thế được gọi là Thiên Thuận Đế. Thoạt đầu, Thiên Thuận Đế thăng chức song sau lại mất tin tưởng vào các quan lại hỗ trợ ông phục vị. Vào mùa thu năm 1461, dưỡng tử của Tào Cát Tường là Tào Khâm tiến hành binh biến trong đội quân Minh thuộc sắc tộc Mông Cổ đồn trú ở bên ngoài Bắc Kinh.[93] Âm mưu bị bại lộ và Thiên Thuận Đế hạ lệnh đóng các cổng thành của Tử Cấm Thành và Nội Thành, giăng bẫy binh lính nổi dậy khiến họ không thể tiến vào hoàng cung và bị giết chết.[93]

Năm 1550, Yêm Đáp Hãn dẫn quân Khách Nhĩ Khách Mông Cổ tiến công Bắc Kinh, cướp phá vùng ngoại ô phía bắc song không tìm cách chiếm thành. Để bảo vệ vùng ngoại ô phía nam của thành, bao gồm cả các khu phố từ thời Liêu và Kim, cũng như Thiên Đàn, triều đình Minh cho xây dựng Ngoại Thành vào năm 1553. Ngoại Thành có năm cổng, ba cổng nằm ở phía nam còn phía tây và phía đông đều có một cửa. Nội Thành và Ngoại Thành vẫn tồn tại cho đến thập niên 1960 khi chúng bị kéo đổ để xây dựng tàu điện ngầm Bắc Kinh và đường vành đai 2.[94]

Các đoàn truyền giáo Dòng Tên đến Bắc Kinh vào thế kỷ XVI. Năm 1601, Matteo Ricci trở thành một quân sư cho triều đình của Vạn Lịch Đế và trở thành người phương Tây đầu tiên tiếp cận Tử Cấm Thành.[95] Ông lập nên Nam Đường vào năm 1605, nhà thờ Cơ Đốc giáo cổ nhất tại thành phố. Các linh mục Dòng Tên khác sau đó trở thành những người quản lý Đài quan tượng Hoàng gia.

Trước khi xảy ra sự biến Thổ Mộc bảo vào năm 1448, thành Bắc Kinh có 960.000 cư dân nội thành và 2,19 triệu cư dân sống ở khu vực xung quanh.[63][Note 3] Bắc Kinh được cho là thành phố lớn nhất thế giới từ năm 1425 đến năm 1650 và từ năm 1710 đến năm 1825.[96] Để nuôi sống số dân ngày càng tăng lên, triều đình Minh cho xây dựng và quản lý các kho thóc, bao gồm kho Kinh Thông (京通仓) gần điểm cuối của Đại Vận Hà, giúp đảm bảo lương thực cho cư dân cũng như binh lính. Các kho thóc giúp kiểm soát giá cả và ngăn chặn lạm phát, song chức năng kiểm soát giá cả của nó trở nên ít hiệu quả hơn do dân số tiếp tục gia tăng và nhu cầu lương thực vượt quá lượng cung.

Cho đến giữa thế kỷ XV, các cư dân Bắc Kinh vẫn dùng củi để sưởi ấm và nấu ăn. Việc dân số gia tăng dẫn đến các khu rừng quanh thành bị khai thác trên quy mô lớn. Đến giữa thế kỷ XV, các khu rừng này gần như biến mất, người dân chuyển sang dùng than đá. Tại địa phận Bắc Kinh ngày nay thì than đá được khai thác lần đầu vào thời Nguyên ở Tây Sơn, hoạt động khai thác than đá mở rộng vào thời Minh. Việc sử dụng than đá gây ra nhiều vấn đề môi trường, thay đổi hệ sinh thái xung quanh thành.

Thời Minh, 15 bệnh dịch xuất hiện tại thành Bắc Kinh, bao gồm bệnh đậu mùa, "dịch mụn nhọt" và "dịch nôn ra máu" - hai bệnh sau có thể là dịch hạch và dịch hạch thể phổi. Trong hầu hết trường hợp, hệ thống y tế công hoạt động tốt trong việc kiểm soát các dịch bệnh này, ngoại trừ năm 1643. Vào năm này, dịch bệnh khiến 20 vạn người ở Bắc Kinh thiệt mạng, ảnh hưởng đến việc bảo vệ thành trước các cuộc khởi nghĩa nông dân và góp phần vào sự sụp đổ của triều đại.

Trong thế kỷ XV và XVI, các nhóm phỉ thường hoạt động gần Bắc Kinh bất chấp sự hiện diện của triều đình trung ương. Do hoạt động giám sát không đầy đủ và thiếu thốn về mặt kinh tế, quân triều đình tại khu vực kinh thành thường chuyển sang cướp bóc. Các quan lại chịu trách nhiệm tiễu phỉ thường có quan hệ các nhóm phỉ và các thành phần ngoài lề xã hội khác của Đại Minh.[97]

Đến cuối thời Minh, Bắc Kinh phải đối mặt với sự đe dọa cả từ bên trong và bên ngoài Trường Thành. Năm 1629, người Mãn do Hoàng Thái Cực lãnh đạo tiến hành một cuộc tiến công vào Bắc Kinh song bị tướng Minh là Viên Sùng Hoán đánh bại tại Quảng Cừ Môn và Tả An Môn bên ngoài Ngoại Thành.[98] Sau khi rút lui về phía bắc, Hoàng Thái Cực lừa cho Sùng Trinh Đế tin rằng Viên Sùng Hoán phản bội Minh. Năm 1630, Súng Trinh Đế cho xử tử Viên Sùng Hoán tại Thái Thị Khẩu bằng hình thức lăng trì.[99] Sau đó 150 năm, Viên Sùng Hoán được Càn Long Đế của nhà Thanh giải oan và mộ của ông gần Quảng Cừ Môn nay là một miếu thờ.[100]

Ngày 19 tháng 3 năm 1644, quân khởi nghĩa nông dân Đại Thuận của Lý Tự Thành công chiếm Bắc Kinh, Sùng Trinh Đế thắt cổ quyên sinh. Sau khi tiến vào Bắc Kinh, quân Đại Thuận treo bảng yên dân, kêu gọi mọi người an cư lại nghiệp, trừng phạt các hoàng thân quốc thích và quan lại tham ô của triều Minh. Sau khi thất bại ở Sơn Hải quan trước liên quân giữa quân Ngô Tam Quế và quân Thanh của nhiếp chính vương Đa Nhĩ Cổn, Lý Tự Thành lại phải đưa đại quân rút về Bắc Kinh. Sau khi về Bắc Kinh, Lý Tự Thành tiến hành lễ tức vị tại hoàng cung, tiếp nhận triều kiến của các quan chức triều đình Đại Thuận, sớm hôm sau, Lý Tự Thành dẫn quân Đại Thuận rời Bắc Kinh hướng đến Tây An.[101] Tính ra, quân Đại Thuận chiếm giữ Bắc Kinh trong 41 ngày.