Cuối triửu Lê bắt đầu từ Lê Uy Mục, chính trường Thăng Long đã diễn ra khá phức tạp. Vua kém tà i thiếu đức, bử tôi mưu thoán đoạt vương quyửn, lòng người ly tán, chính trị, xã hội khủng hoảng sâu sắc. Tham gia và o sự biến loạn chủ yếu là các gương mặt thuộc tầng lớp vương công, văn võ bá quan, trong đó nổi lên nhân vật Mạc Đăng Dung. Đến thời Cung Hoà ng thì uy thế của Mạc Đăng Dung đã bao trùm hết thảy và thu phục được lòng người.
Sử chép vử ông như sau: Từng bình được nhiửu giặc lớn, uy quyửn ngà y cà ng thịnh, mà đạo quân nhà vua thì yếu ớt lòng người ai cũng hướng vử Đăng Dung (Lê Quý Đôn - Đại Việt thông sử). Qua hoạt động thực tiễn Mạc Đăng Dung đã tử ra vượt trội hơn người khác vử uy tín và tà i năng. Việc phải đến đã đến, Thăng Long một lần nữa chứng kiến chính biến vương triửu nhà Lê chuyển qua nhà Mạc (1527).
Tuy nhiên họ Mạc lập ra một triửu đại mới trong bối cảnh đã hình thà nh nhiửu thế lực quan liêu có quyửn lực quân sự lớn nhử cho nên lâm ngay và o tình trạng chiến tranh phân liệt chứ không phải thống nhất xã hội. Với việc phế bử nhà Lê, họ Mạc đã mở đầu cục diện phân tranh. Cuộc Phân nà y trước tiên diễn ra giữa Tây Đô và Thăng Long, hình thà nh nên cái gọi là Bắc triửu (thế lực nhà Mạc) và Nam triửu (thế lực nhà Trịnh) để rồi sau đó chuyển sang cục diện Đà ng Trong, Đà ng Ngoà i, tiửn đử cho một Hợp lớn hơn 200 năm sau.
Bức tranh Thăng Long thời Mạc khá phức tạp, cung điện kho tà ng và các phường phố ở Kinh thà nh đã nhiửu lần bị thiêu đốt, tà n phá. Hoà ng thà nh nhiửu năm bị bử trống cà ng trở nên hoang phế điêu tà n. Cuối năm 1585 Mạc Mậu Hợp trở lại Thăng Long cho tu sửa lại Hoà ng thà nh để chống lại cuộc tấn công của họ Trịnh. Lần tu sửa nà y Hoà ng thà nh đã thu hẹp lại vử hai phía Đông và phía Tây, một số cung điện bị bử ra ngoà i hoà ng thà nh trở nên hoang phế. Tuy vậy Hoà ng Thà nh thời gian nà y vẫn rộng hơn Hoà ng thà nh thời Lý - Trần và rộng hơn tỉnh thà nh Hà Nội thời Nguyễn.
Phía Tây Bắc thà nh Thăng Long
Năm 1592, Trịnh Tùng con trai của Trịnh Kiểm đã kéo quân vây đánh Đông Đô, Mạc Mậu Hợp bị giết. Vua Lê Thế Tông được họ Trịnh phò tá trở lại Thăng Long mở đầu thời kử³ mới và duy nhất trong lịch sử Việt Nam vừa có Vua vừa có Chúa mà lịch sử gọi là thời Lê Trung Hưng. Sau khi đuổi được họ Mạc ra khửi Thăng Long, năm 1593 chúa Trịnh cho sửa sang qua loa lại Hoà ng thà nh để vua Lê ở còn lại tập trung dựng phủ chúa bên ngoà i Hoà ng thà nh.
Đây mới cơ quan đầu não đích thực của trung ương thời bấy giử với nhiửu công trình kiến trúc xa hoa lộng lẫy: lầu Ngũ Long (phía bử Đông hồ Gươm), đình Tả Vọng (nay là gò Rùa), cung Thuửµ Khánh (chỗ đảo Ngọc Sơn), Năm 1728 Trịnh Giang còn cho đà o hầm ở phía Nam hồ Gươm để dựng cung điện ngầm dưới đất gọi là Thưởng Trì cung. Khu văn miếu được mở rộng thêm thà nh một khu học xá lớn nhất trong thời phong kiến bao gồm các điện Đại Thà nh thử tiên thánh, nhà giải vũ thử tiên nho, nhà Thái học trong đó có trường Quốc Tử Giám. Hai phía Đông và Tây nhà Thái Học dựng nhà bia ghi danh tiến sĩ và dựng cả khu nhà 150 gian cho học sinh ở tạo thà nh một nhà học quy mô chưa từng có trong các thời đại trước. Ngoà i ra là hà ng loạt các đửn chùa có quy mô lớn cũng được dựng lên trong thời gian nà y như: chùa Trấn quốc, chùa Tiên Tích, đửn bà Kiệu....
Mặc dù có nhiửu biến động vử chính trị, xã hội song đây cũng chính là thời kử³ kinh tế và văn hoá đặc biệt phát triển, hình thà nh nên những vùng buôn bán khá hưng thịnh. Chợ phát triửn nhiửu, buôn bán sầm uất ở kinh kử³, Kiến An... Tầng lớp thị dân ngà y một gia tăng, có một số trở thà nh chủ xưởng, chủ hiệu già u có, nhưng đông đảo vẫn là người sản xuất và buôn bán nhử. Vì thế Thăng Long không vượt qua được mô hình cấu trúc của thà nh thị trung đại phương Đông để trở thà nh thà nh thị tự do như ở phương Tây.
Tuy thế trong lĩnh vức văn hoá, giáo dục, đây cũng là thời gian thà nh Thăng Long chứng kiến sự nở rộ của mặt bằng trí thức. Hà ng loạt các tiến sĩ đã thi đỗ, trong đó có một tiến sĩ nữ (Trần Thị Duệ), có người đã trở thà nh đại trí thức như Nguyễn Bỉnh Khiêm, Phùng Khắc Khoan... Cùng với những tên tuổi người Thăng Long gốc: Đặng Trần Côn, Bùi Huy Bích, các vị lập nghiệp ở đây như Lê Quý Đôn, Nguyễn Gia Thiửu, Đoà n Thị Điểm đã là m cho văn hoá Thăng Long thêm sáng giá. Đây chính là bước đệm cho sự phục hưng văn hoá ở các thế kỷ sau.
Đặc biệt đến đầu thế kỷ XVII ở Thăng Long ngà y xuất hiện nhiửu thương điếm của người châu à‚u như Hà Lan, Anh, đặc biệt là các thuyửn nhân người Hoa sang cư trú và buôn bán. Tất cả những hoạt động đó đửu diễn ra trong một bầu không khí chính trị vần vũ của những cuộc chiến tranh kéo dà i giữa hai thế lực: Chúa Trịnh (Đà ng Ngoà i) và Chúa Nguyễn (Đà ng Trong). Cuộc chiến chỉ chấm dứt khi người anh hùng áo vải Nguyễn Huệ nổi lên tiêu diệt cả hai thế lực, lập lại trật tự và o năm 1786.