当时可以有两套方案，一种是在原来金都所在旧址上重建，另一种是重新选址进行重建。在忽必烈的敦促下，刘秉忠仔细对金都的旧址进行了勘查，最后，他是决定在金中都故城的东北方，以金代行宫大宁宫为中心（今北海公园），营建一座新都城。其原因是金中都城已于1215年被成吉思汗的大军摧毁，无法利用。
同时，大宁宫未遭破坏，忽必烈数次前来燕京时，都曾在琼华岛上的广寒殿暂住；另外，金中都故城缺少充足的水源，当年金中都的莲花池和莲花河水系即不敷使用，而新城址可以利用玉泉山和高梁河的水系，并且当时著名的水利专家郭守敬已在1262年着手规划此事；并且另建新城，可以不受旧城束缚，能按理想放手去规划。
元大都建设的思想理念，刘秉忠参用了儒家经典《周礼·考工记》中“匠人营国，方九里，旁三门（每边开三门），国中九经九纬（城中干道九纵九横），经涂九轨（纵向的干道可并行九辆马车），左祖右社，面朝后市”的理想描述。这就像现在要举办或者策划一个活动一样都得有一个理念及主题。那时的城市设计就已经把这个概念贯穿到整个城市建设中去了。
公元1267年元大都的建设开始动工，历时20余年，完成宫城、宫殿、皇城、都城、王府等工程的建造，形成新一代帝都。但是，由于至元二十二年（1285年）诏令规定，迁入大都新城必须以富有者和任官职者为先，结果大量平民百姓只得依旧留在中都旧城。在当时人的心目中旧城仍是重要的，通常把新、旧城并称为“南北二城”。
就建筑学成就而言，元大都堪称享誉中、外的建筑学艺术瑰宝。元大都城在技术方面的主持设计与参与建设者，是来华穆斯林建筑学家亦黑迭儿丁。难以想象，这位建筑学家竟能够运用中国传统的建筑学特色，结合世界上先进的建筑学风格，设计出格局宏大、规划严整，与自然和谐相融的元大都。参与元大都设计、建设的，还有一大批专家、学者、能工巧匠。
大都新城的平面呈长方形，周长28.6公里，面积约50平方公里，相当于唐长安城面积的五分之三，接近宋东京的面积。元大都道路规划整齐、经纬分明。考古发掘证实，大都中轴线上的大街宽度为28米，其他主要街道宽度为25米，小街宽度为大街的一半，火巷（胡同）宽度大致是小街的一半。由于城市轮廓方整，街道笔直而规则，使城市格局显得格外壮观。
元大都建成后，成为当时世界上最为宏伟繁荣的城市，根据文献记载，仅赋役人口就有约40万。推测当时大都城市人口近百万人。元大都从城市建筑规模之雄伟恢宏、建筑工艺之精美壮丽、商业贸易之繁华发达以及东西文化交流之丰富多彩，都是当时世界上其他城市所难以相比的，是13世纪世界上最大的城市。
一些欧洲旅行家也不远万里慕名而来，有的还写下了游记。著名的旅行家马可·波罗在他的游记中用了许多篇幅和形容词赞叹大都之繁华。如“宫殿之大，前所未闻”；各种建筑“巧夺天工，登峰造极”；艺术作品“金碧辉煌，琳琅满目”“凡世界上最为稀奇珍贵的东西，都能在这座城市找到”“出售商品之多，是世界上任何城市所不能相比的。”
另一位意大利传教士约翰阿拉的《大可汗国记》中，也认为大都的“货物种类，较罗马、巴黎为多，蕴藏金银宝石尤富。”难怪当时的西方人读到这些游记后，会对中国和大都惊羡不已，以至掀起了寻找东方航路的热潮。
大都城最繁华的地方要数全城的中心钟鼓楼一带。这里西濒南北大运河的终点海子，南来的商船聚泊在这里。沿岸歌台、酒楼遍布。钟楼的附近有米市、面市、缎子市、毛皮市等，而西城羊角市一带还有羊市、马牛市、骆驼市。甚至附近还有专门贩卖驱奴的人市。中都旧址虽日趋冷落，然道观寺庙却仍然香火盛行。每年正月十九京城的居民纷纷来白云观游玩，称之为“燕九节”或“安邱节”，届时人流拥挤，摩肩接踵，热闹非常。
为了保证京城的粮食需求，元朝政府开通了海上运输线，疏凿了杭州至大都的大运河，促进了南北经济、文化的交流。元大都的经济繁荣同开凿通惠河密不可分。史书记载当时元大都每年要从南方运进粮食百万石以上，多时高达300余万石。在通惠河开凿之前，粮食从水路运抵通州后，要转经陆路方能抵达元大都城内。
元朝的运河以大都（今北京）为中心，南行越过黄河、淮河、长江、太湖流域，直达杭州。这条大运河自汴河以南利用了隋朝以来的旧有河道。汴河以北主要是新开的河道。新开的河道有两段：一段是会通河，从山东东平，向西北至临清，接通原有的运河河道。再有一段是通惠河，从大都到通州。
公元1291年，郭守敬指挥修建元大都至通州的运河。从通州到元大都，他设计七座水闸，这七座水闸彼此相距约半公里的地方，又设计有斗门。郭守敬就是通过水闸和斗门的关闭与开放，调节运河各段的水位高低，引导船舶顺畅通过。工程竣工后，元世祖亲自将这段164里长的运河命名为“通惠河”。通惠河是中国工程建设史上的杰作，其运用的巧妙方法与现在国外一些运河采用的技术是基本相同的。元朝的大运河总长3000余里，和今天的大运河基本上是一致的。
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