ครั้นพระบาทสมเด็จพระรามาธิบดีศรีสินทรมหาจักรีบรมนาถ พระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลก ทรงปราบปรามการจลาจลในกรุงธนบุรี และทรงรับอัญเชิญของเสนามาตย์ราษฎรทั้งหลาย เสด็จขึ้นเถลิงถวัลยราชสมบัติเมื่อ ณ วันเสาร์ เดือน 5 ปีขาล จัตวาศก จุลศักราช 1144 ตรงกับวันที่ 6 เมษายน พุทธศักราช 2325 แล้ว กอปรกับเป็นเวลาที่การศึกสงครามทั้งปวง ซึ่งติดพันมาตลอดรัชสมัยแห่งสมเด็จพระเจ้ากรุงธนบุรีได้สงบลง จึงทรงมีพระราชดำริที่จะสร้างพระราชนิเวศน์มณเฑียรสถานขึ้นเป็นที่ประทับก่อนอื่น ดังได้กล่าวแล้วว่า หลังจากการขยายพระนครเมื่อปีพุทธศักราช 2316 กรุงธนบุรีมีกำแพงพระนครอยู่สองฟากแม่น้ำ จึงมีลักษณะเป็นเมืองอกแตก4 เป็นชัยภูมิที่ไม่มั่นคงในการต่อสู้ข้าศึก ฝั่งตะวันตกนั้นแม้จะเป็นที่ดอน แต่ก็เป็นที่ท้องคุ้งน้ำเซาะทรุดพังอยู่เสมอไม่ถาวร พระราชวังเดิมครั้งสมเด็จพระเจ้ากรุงธนบุรีก็ตั้งอยู่ในที่อุปจารระหว่างวัดแจ้ง (วัดอรุณราชวรารามในปัจจุบัน) กับวัดท้ายตลาด (วัดโมลีโลกยารามในปัจจุบัน) ยากแก่การขยายพระนครออกไปทางด้านนั้น ส่วนฝั่งตะวันออก แม้จะเป็นที่ลุ่มแต่ก็มีลักษณะเป็นแหลม มีลำน้ำเป็นขอบเขตอยู่กว่าครึ่ง แม้นข้าศึกยกมาประชิดติดชานพระนครก็จะต่อสู้ป้องกันได้ง่ายกว่า นอกจากนั้นที่ราบลุ่มอันกว้างใหญ่นอกกำแพงพระนครฝั่งตะวันตกที่เรียกว่า ทะเลตม ซึ่งใช้เป็นที่ทำนาปลูกข้าวเลี้ยงพลเมืองนั้น ยังทำให้กองทัพข้าศึกที่จะมาตีพระนครเคลื่อนที่เข้ามาได้ยากลำบาก เมื่อทรงพระราชดำริดังนี้ จึงโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระราชนิเวศน์มณเฑียรสถานใหม่ขึ้นทางฝั่งตะวันออกในบริเวณกำแพงพระนครเดิมครั้งกรุงธนบุรี อันเป็นภูมิสถานที่พระองค์ครั้งทรงบรรดาศักดิ์เป็นเจ้าพระยาจักรีรับพระบรมราชโองการสมเด็จพระเจ้ากรุงธนบุรีเป็นนายงานควบคุมไพร่พลสร้างขึ้นไว้แต่ในพุทธศักราช 2316 นั้น
ในการย้ายพระนครมายังฝั่งตะวันออกของแม่น้ำเจ้าพระยานี้ พระบาทสมเด็จพระรามาธิบดีศรีสินทรมหาจักรีบรมนาถ พระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลก ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระยาธรรมาธิกรณ์ (บุญรอด ต้นสกุล บุณยรัตพันธุ์) กับพระยาวิจิตรนาวีเป็นแม่กองคุมช่างและไพร่วัดที่กะสร้างพระนครและพระราชนิเวศน์มณเฑียรสถานใหม่ให้มีลักษณะคล้ายกรุงศรีอยุธยา การพระราชพิธียกเสาหลักเมืองมีขึ้น ณ วันอาทิตย์ เดือน 6 ขึ้น 10 ค่ำ ปีขาล จัตวาศก จุลศักราช 1144 ตรงกับวันที่ 21 เมษายน พุทธศักราช 2325 ฤกษ์เวลาย่ำรุ่งแล้ว 54 นาที จากนั้นจึงเริ่มการสร้างพระราชวังหลวง เมื่อ ณ วันจันทร์เดือน 6 แรม 10 ค่ำ ปีขาล จัตวาศก จุลศักราช 1144 ตรงกับวันที่ 6 พฤษภาคม พุทธศักราช 2325 ในชั้นแรกนี้สร้างด้วยเครื่องไม้ทั้งสิ้น รายล้อมด้วยปราการระเนียด เพื่อใช้เป็นที่ประทับชั่วคราว เมื่อสร้างพระราชวังหลวงแล้วเสร็จทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ตั้งการพระราชพิธีปราบดาภิเษกโดยสังเขปขึ้น เพื่อให้เป็นสวัสดิมงคลแก่บ้านเมืองและพระองค์เอง ณ วันจันทร์ เดือน 8 บูรพาษาฒ ขึ้น 1 ค่ำ ปีขาล จัตวาศก จุลศักราช 1144 ตรงกับวันที่ 10 มิถุนายน พุทธศักราช 2325 โดยมีการสวดพระปริตร ประพรมน้ำพระพุทธมนต์ ณ พระราชมณเฑียรสถานสร้างใหม่ เป็นเวลา 3 วัน ครั้นวันพฤหัสบดีที่ 13 มิถุนายน พุทธศักราช 2325 เวลา 6 นาฬิกา 24 นาที อันเป็นเวลาอุดมมงคลฤกษ์ พระบาทสมเด็จพระรามาธิบดีศรีสินทรมหาจักรีบรมนาถ พระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลก จึงเสด็จพระราชดำเนินโดยกระบวนพยุหยาตราชลมารค ข้ามฟากจากพระราชวังกรุงธนบุรี มาขั้นที่ท่าฉนวนหน้าพระราชวังใหม่ เสด็จประทับพระราชยาน เสด็จพระราชดำเนินสู่พระราชมณเฑียรสถาน ทรงประกอบพระราชพิธีปราบดาภิเษก เสด็จเถลิงถวัลยราชสมบัติ เป็นพระปฐมกษัตริย์ในพระบรมราชวงศ์จักรี เสด็จพระราชดำเนินเฉลิมพระราชมณเฑียรในพระราชนิเวศน์มณเฑียรสถาน แล้วทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ทำการก่อสร้างพระนครต่อให้บริบูรณ์
การสร้างพระนครใหม่ได้เริ่มในปีพุทธศักราช 2326 เนื่องจากอยู่ในระยะเวลาที่ระแวงว่าจะมีข้าศึกพม่ามาโจมตีพระนครอีก การสร้างพระนครจึงทำเป็น 2 ระยะคือ ระยะเบื้องต้นทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้รักษากรุงธนบุรีเป็นที่มั่น เป็นแต่ย้ายพระราชวังและสถานที่สำคัญต่างๆ ของทางราชการมาตั้งที่พระนครฝั่งตะวันออก ต่อมาในระยะที่ 2 ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้รื้อกำแพงกรุงธนบุรีทางฝั่งตะวันตกเสีย คงรักษาแต่ที่ริมแม่น้ำเป็นเขื่อนหน้าพระนครที่สร้างใหม่ และให้รื้อพระราชวังสมเด็จพระเจ้ากรุงธนบุรีลงกึ่งหนึ่ง คงเหลือแต่กำแพงสกัดชั้นใน เรียกว่า พระราชวังเดิม แล้วทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ใช้เป็นที่ประทับของพระราชวงศ์ผู้ใหญ่แห่งราชวงศ์จักรี (จนถึงรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาจุฬาลงกรณ พระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เป็นที่ตั้งของโรงเรียนนายเรือ ต่อมาเมื่อโรงเรียนนายเรือย้ายไปอยู่ที่ปากน้ำ จังหวัดสมุทรปราการ จึงได้ใช้เป็นที่ตั้งของกองบัญชาการทหารเรือสืบมาจนปัจจุบัน) สำหรับพระนครฝั่งตะวันออก ซึ่งมีภูมิสถานเป็นแหลมโค้ง มีลำน้ำโอบอยู่สามด้าน ด้านในซึ่งติดกับผืนแผ่นดินใหญ่ ได้ขุดเป็นคูเมืองไว้แต่ครั้งกรุงธนบุรี จึงมีสัณฐานคล้ายเกาะนั้น ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้รื้อซากป้อมบางกอกเดิมกับกำแพงเมืองครั้งกรุงธนบุรี เพื่อขยายกำแพงและคูพระนครใหม่ให้กว้างออกไป คูพระนครใหม่นี้โปรดเกล้าฯ ให้ขุดขนานไปกับแนวคูเมืองเดิม เริ่มจากริมแม่น้ำตอนบางลำภู วกไปออกแม่น้ำข้างใต้ บริเวณเหนือวัดสามปลื้ม (วัดจักรวรรดิราชาธิวาสในปัจจุบัน) ยาว 85 เส้น 13 วา กว้าง 10 วา ลึก 5 ศอก พระราชทานนามว่า “คลองรอบกรุง” (คือคลองบางลำภูถึงคลองโอ่งอ่างในปัจจุบัน) ด้านแม่น้ำตั้งแต่ปากคลองรอบกรุงข้างใต้ไปจนปากคลองข้างเหนือ ยาว 91 เส้น 16 วา รวมทางน้ำรอบพระนคร 177 เส้น 9 วา (ประมาณ 7.2 กิโลเมตร) จากนั้นให้ขุดคลองหลอดจากคลองคูเมืองเดิม 2 คลองออกไปบรรจบกับคลองรอบกรุงที่ขุดใหม่ โดยสายแรกขุดจากวัดบุรณศิริมาตยารามไปออกวัดมหรรณพารามและวัดเทพธิดาราม และอีกสายหนึ่งขุดจากวัดราชบพิธไปออกที่สะพานถ่าน
นอกจากขุดคลองรอบกรุงและคลองหลอด 2 สายแล้ว ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ขุดคลองใหญ่เหนือวัดสะแก (วัดสระเกศในปัจจุบัน) โดยขุดแยกไปจากคลองรอบกรุงตรงสะพานมหาดไทยอุทิศ (ในปัจจุบัน) ไปออกแม่น้ำเจ้าพระยาใต้ปากคลองรอบกรุง พระราชทานนามว่า คลองมหานาค และ 4 เมืองที่ตั้งป้อมกำแพงไว้สองฟาก เอาลำน้ำไว้กลางเมือง ถ้าลำน้ำนั้นแคบก็เป็นประโยชน์ในการที่จะใช้ลำเลียงเข้าได้ถึงในเมือง เวลามีศึกสงครามก็สามารถทำเครื่องกีดกันข้าศึกทางน้ำ และทำสะพานให้ทหารข้ามถ่ายเทช่วยกันรักษาหน้าที่ได้ง่าย แต่ถ้าลำน้ำกว้างออกจนกลายเป็นแม่น้ำ ประโยชน์ที่จะได้ในการป้องกันเมืองก็จะหมดไปกลายเป็นเมืองอกแตก ดังได้กล่าวมาข้างต้นแล้วว่า พื้นที่กรุงรัตนโกสินทร์เป็นดินอ่อนและเป็นที่ลุ่มต่ำ การขุดคูคลองเพื่อชักน้ำเข้ามาใช้จึงเป็นทางระบายน้ำในคราวฝนตกหนักหรือฤดูน้ำหลากได้เป็นอย่างดี กอปรกับในขณะนั้นยังไม่มียวดยานพาหนะทางถนน คูคลองจึงเป็นเส้นทางคมนาคมที่สำคัญมาตลอดสมัยกรุงรัตนโกสินทร์ตอนต้น ครั้นเมื่อขุดคลองเรียบร้อยแล้ว จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ขุดรากก่อกำแพงรอบพระนครตามแนวคลองรอบกรุง และด้านแม่น้ำเจ้าพระยา
กรุงรัตนโกสินทร์เมื่อแรกสร้าง มีกำแพงรอบพระนครและคูพระนครยาว 177 เส้น 9 วา (7.2 กิโลเมตร) มีเนื้อที่ภายในกำแพงพระนคร 2,589 ไร่ กำแพงพระนครสูงประมาณ 7 ศอก (3.60 เมตร) หนาประมาณ 5 ศอก (2.70 เมตร) มีประตู 63 ประตู เป็นประตูใหญ่ 16 ประตู ขนาดกว้างประมาณ 8 ศอก (4.20 เมตร) สูงประมาณ 9 ศอก (4.50 เมตร) ประตูเล็กหรือช่องกุด 47 ประตู ขนาดกว้างประมาณ 5 ศอก (2.70 เมตร) สูงประมาณ 4 ศอก (2.40 เมตร) และได้สร้างป้อมปืนตามแนวกำแพงพระนครทั้งด้านคลองรอบกรุงและด้านแม่น้ำเจ้าพระยา ห่างกันประมาณ 10 เส้นบ้าง ไม่ถึง 10 เส้นบ้าง จำนวน 14 ป้อม คือ ป้อมพระสุเมรุ ป้อมยุคนธร ป้อมมหาปราบ ป้อมมหากาฬ ป้อมหมูทลวง ป้อมเสือทยาน ป้อมมหาไชย ป้อมจักรเพชร ป้อมผีเสื้อ ป้อมมหาฤกษ์ ป้อมมหายักษ์ ป้อมพระจันทร์ ป้อมพระอาทิตย์ และป้อมอิสินธร ทุกป้อมมีใบบังเป็นระยะ ๆ เว้นแต่ป้อมพระสุเมรุ ใบบังทำเป็นรูปเสมา ในขณะเดียวกันนั้น พระบาทสมเด็จพระรามาธิบดีศรีสินทรมหาจักรีบรมนาถ พระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลก ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ทำการก่อสร้างพระบรมมหาราชวังและพระราชวังบวรสถานมงคลให้บริบูรณ์ยิ่งขึ้น ทำเลที่ในพระนครฝั่งตะวันออกขณะนั้น ตั้งแต่ปากคลองคูเมืองเดิม (คลองโรงไหม) ข้างเหนือลงมาจนปากคลองข้างใต้ มาจนริมแม่น้ำมีที่ผืนใหญ่ที่จะสร้างพระราชวังได้ 2 แปลง แปลงข้างใต้อยู่ระหว่างวัดโพธิ์ (วัดพระเชตุพนวิมลมังคลารามในปัจจุบัน) กับวัดสลัก (วัดมหาธาตุยุวราชรังสฤษฎิ์ในปัจจุบัน) แปลงข้างเหนืออยู่แต่วัดสลักขึ้นไปจรดคลองคูเมือง จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระราชวังหลวงในที่แปลงใต้ และสร้างพระราชวังบวรสถานมงคลในที่แปลงเหนือ ที่สร้างพระราชวังหลวงนี้ เดิมเป็นที่ซึ่งพระยาราชาเศรษฐีและพวกจีนตั้งบ้านเรือนอยู่ จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระยาราชาเศรษฐีและพวกจีนย้ายไปตั้งบ้านเรือนอยู่ ณ ที่สวน ตั้งแต่ระหว่างคลองวัดสามปลื้ม (วัดจักรวรรดิราชาวาสในปัจจุบัน) ไปจนถึงคลองวัดสามเพ็ง (วัดประทุมคงคาในปัจจุบัน) แต่เนื่องจากความต้องการที่ริมแม่น้ำสำหรับเป็นที่จอดแพและเรือ พวกจีนบางกลุ่มจึงข้ามคลองวัดสามเพ็งไปตั้งอยู่ทางใต้ของคลองในเวลาต่อมา ทำให้ท้องที่ด้านใต้ของพระนครซึ่งเปลี่ยวมาช้านาน มีผู้คนหนาแน่นผิดกว่าแต่ก่อนมาก เป็นย่านที่เจริญและค้าขายดีที่สุด ซึ่งได้แก่ย่านตลาดสามเพ็ง (เหนือคลองวัดสามเพ็ง) กับย่านตลาดน้อย (ใต้คลองวัดสามเพ็ง) สำหรับที่ด้านริมแม่น้ำวัดโพธิ์ไปจรดป้อมบางกอกเดิม ซึ่งเป็นที่อยู่ของพวกญวน ซึ่งอพยพเข้ามาพร้อมกับองค์เชียงซุนครั้งกรุงธนบุรี ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ย้ายไปตั้งบ้านเรือนที่ตำบลบ้านหม้อและพาหุรัด แล้วใช้ที่แปลงนั้นสร้างวังท่าเตียน พระราชทานสมเด็จพระเจ้าหลานเธอ เจ้าฟ้ากรมขุนอิศรานุรักษ์