Năm 1873 quân Pháp đánh chiếm Hà Nội, song phải sau 15 năm mới bình định được. Từ đó Pháp đã hai lần thực hiện công cuộc khai thác thuộc địa với những biến đổi từ thành lũy, phường thị sang mở rộng quy mô xây dựng thành phố theo quy hoạch kiểu châu Âu với mục tiêu xây dựng Hà Nội là trung tâm hành chính kinh tế lớn của Việt Nam và cả Đông Dương. Khu phố cũ có diện tích khoảng 200 ha, phía Bắc giáp khu phố cổ và hồ Gươm, phía Tây giáp đường Lê Duẩn, phía Nam giáp công viên Thống nhất, phía Đông giáp đường Trần Quang Khải.
Cấu trúc đô thị được tổ chức theo các khu chức năng như khu ở, trung tâm hành chính, khu thương mại, khu công nghiệp sản xuất, khu vực cảnh quan…
Khu Ba Đình được xây dựng bổ sung các cơ quan hành chính đầu não của bộ máy cai trị Pháp ở Đông Dương và một số biệt thự dành cho quan chức Pháp và giới tư sản. Như Phủ toàn quyền (Phủ Chủ tịch hiện nay) xây dựng năm 1902, vườn Bách thảo xây dựng năm 1901. Phá dỡ một số công trình trong Hoàng thành để xây dựng các cơ quan quân sự (1895-1897). Xây dựng Sở Tài chính (nay là trụ sở Bộ Ngoại giao) năm 1925. Khu phía Đông hồ Trúc Bạch làm khu dân cư và một số công trình công nghiệp phục vụ đô thị như Nhà máy điện, Nhà máy nước Yên phụ 1925.
Khu phía Nam khu phố cổ, cải tạo đô thị cũ để xây dựng các công trình hành chính, thương mại phục vụ người Pháp và người bản xứ như rạp chiếu phim, chợ Đồng Xuân (1890), Ngân hàng Đông Dương… Khu vực hồ Hoàn Kiếm được cải tạo hạ tầng kỹ thuật, tôn tạo hồ, xây dựng một số công trình đầu mối giao thông, ga xe điện, Phủ thống sứ (Nhà khách Chính phủ hiện nay), Nhà bưu điện, Khách sạn Metropol 1892, Nhà hát thành phố (1901-1911).
Việc cải tạo chỉnh trang khu phố cổ không thay đổi nhiều về mạng đường giao thông, nhưng bổ sung hệ thống hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước, chỉnh trang một số nhà ở. Biến động lớn khi đó là lấp một đoạn sông Tô Lịch năm 1889 là khu chợ Gạo hiện nay để xây dựng các công trình dân sinh.
Nhiều công trình có giá trị lớn
Trong giai đoạn khai thác thuộc địa lần thứ 2 (1920-1945) khu phố cũ ngày nay là khu vực phát triển mạnh, đồng bộ. Trong giai đoạn này, công tác quy hoạch đã được rất chú trọng và triển khai bài bản. Sơ đồ quy hoạch lập năm 1920 do KTS Ernest Heebrad chỉ đạo và quy hoạch năm 1943 do KTS Louis Georger Pineau phụ trách. Đây cũng là giai đoạn người Pháp chú trọng tới công tác quản lý xây dựng theo quy hoạch như đã ban hành Sắc lệnh về quy hoạch, lập sở chuyên ngành về quy hoạch kiến trúc, lập Hội đồng đô thị và tổ chức đào tạo kiến trúc sư chuyên ngành tại Trường Đại học Mỹ thuật Đông Dương năm 1927…
Nhờ vậy việc xây dựng khác với giai đoạn đầu, không chỉ dừng ở các công trình phân tán mà hoàn chỉnh từng khu vực. Các đồ án quy hoạch đã kế thừa từ các quy hoạch đô thị hiện đại trên thế giới kết hợp khai thác yếu tố truyền thống của châu Á và điều kiện tự nhiên khí hậu của Hà Nội. Nhiều khu phố mới có hạ tầng giao thông theo cấu trúc ô bàn cờ có phân loại đường chính phụ và chủ yếu theo hướng Bắc-Nam, Đông-Tây. Cùng với đường giao thông là hệ thống cấp thoát nước (cống ngầm), thông tin, cấp điện qua hệ thống cột trên vỉa hè.
“Cải tạo chỉnh trang là yêu cầu tất yếu của đô thị song rất cần nhận diện các yếu tố bảo tồn (cơ cấu quy hoạch, không gian đô thị, công trình kiến trúc có giá trị) để không phá vỡ cảnh quan, không làm mất đi bản sắc đã tạo lập nên văn hóa Hà Nội”.
TS.KTS Đào Ngọc Nghiêm
Trên các tuyến đường được đầu tư trồng cây xanh, chủng loại cây được lựa chọn riêng theo đặc thù từng tuyến đường. Không gian kiến trúc hai bên đường được thiết kế theo nhịp điệu, chú trọng tạo điểm nhấn cho mỗi khu vực. Không gian xanh công cộng được quan tâm (vườn hoa, quảng trường) gắn kết với cây xanh. Vườn trong các công trình công cộng, biệt thự.
Điểm đáng quan tâm là các công trình kiến trúc được xây dựng phong phú, đa dạng và giữ được sự hài hòa. Cụ thể gồm: Kiến trúc mang sắc thái từng địa phương, từng vùng của Pháp (chủ yếu là các biệt thự); Kiến trúc mang đặc trưng của đô thị Pháp, nhất là với cơ quan công sở, công trình công cộng; Kiến trúc theo phong cách hiện đại châu Âu: Ngân hàng Nhà nước, bưu điện bờ Hồ, trụ sở Bộ KHCN phố Trần Hưng Đạo…
Đặc biệt nhất là phong cách kết hợp Á-Âu có tính đến đặc thù của Hà Nội, sau này nhiều người gọi là phong cách Đông Dương như Bảo tàng lịch sử Việt Nam (Viễn Đông Bác Cổ) xây dựng năm 1928-1932; Câu lạc bộ Thủy quân phố Trần Phú (nay là trụ sở Tổng cục TDTT) xây dựng năm 1939; trụ sở Sở Tài chính (nay là trụ sở Bộ Ngoại giao) xây dựng 1925, nhiều biệt thự xây dựng khu vực Ba Đình và quanh khu vực hồ Thiền Quang, hai bên tuyến phố lớn như Trần Hưng Đạo, Lý Thường Kiệt, Bà Triệu…
Những đặc trưng về quy hoạch-kiến trúc đã tạo nên bản sắc riêng cho khu phố cũ, cho diện mạo đô thị Hà Nội. Từ sau hòa bình lập lại cũng đã có một số điều chỉnh như di dời các cơ sở công nghiệp để xây dựng công trình thương mại, dịch vụ như Nhà máy Trần Hưng Đạo, Nhà máy cơ khí… Cải tạo một số nhà ở phố, biệt thự, song tổng quan cho thấy khu phố cũ Hà Nội ngày nay vẫn thực sự là di sản đô thị, góp phần tạo lập nên diện mạo của Thăng Long-Hà Nội.