公元960年，后周殿前都点检赵匡胤在开封城北40里的陈桥驿（现属新乡市封丘县）发动“陈桥兵变”，建立了北宋，历经9帝168年，是开封历史上最为辉煌耀眼的时期，经济繁荣，富甲天下，人口过百万，风景旖旎，城郭气势恢弘，不仅是全国政治、经济、文化的中心，也是当时世界上最繁华的大都市之一。史书更以“八荒争凑，万国咸通”来描述开封。北宋画家张择端的作品《清明上河图》，图描绘了清明时节北宋京城汴梁及汴河两岸的繁华和热闹的景象和优美的自然风光。中国的对外交通已由汉唐以来的丝绸之路转向东南沿海的海路，火药、印刷术等中国的发明由此传向世界各地，开封以其泱泱大国的气象，跃居为那个时期世界上最为繁华的著名都城。[4] 靖康二年（1127年）金国灭北宋后，称为“汴京”。贞元元年（1153年），海陵王完颜亮迁都到中都大兴府，改汴京为“南京开封府”，成为金国陪都。1155年，汴京宋故宫发生大火，建筑几乎毁尽。正隆六年（1161年）初，完颜亮南下侵宋，一度以“南京开封府”为统治中心，贞祐二年（1214年），金宣宗为避蒙古军锋，迁都“南京开封府”。天兴二年（1233年），金哀宗在开封被蒙古军围困的情况下，逃出开封，迁都归德府（今商丘）。
元灭金后，设河南江北行中书省于开封。元朝末年，“天下义军共主”小明王韩林儿率领的红巾起义军，曾在开封建立“龙凤”大宋农民政权。
明朝初年，朱元璋为定都何地犹豫不决，洪武元年（1368年）三月，
开封龙亭
开封龙亭
徐达带领北伐军攻取山东和河南，此时许多人向朱元璋建议定都汴梁。四月朱元璋来到汴梁考察，并将汴梁改称为开封府，考察结果令朱元璋满意，于是决定定地于此，并把应天也定为都城，实行两京制。但在八月初二时，明朝的北伐军大破大都（今北京）。八月下旬，有鉴于形势有变，在权衡开封的利弊后，朱元璋最终决定定都南京。[4]
公元1368年，朱元璋改汴梁路为北京开封府，公元1379年，罢北京称号，封第五子朱橚就藩开封，称周王。“天下藩封数汴中”周王本身也很贤明，再加上开封府是河南承宣布政使司的治所，开封成为中原第一都会，开封城也仅次于北京和南京，是国际性大都市。
清朝统治中原后，于公元1662年重修了开封城池，并将河南省治、开封府治均设置在开封。由于开封在明末遭遇的严重破坏，与历代相比，清代开封的经济黯然失色，手工业、商业、服务业都呈衰落的态势。但是，开封毕竟是省会，它仍具备商品集散地的重要作用。清代末年，开封是河南境内重要的革命中心。