元世祖至元十八年（1281年）武昌成为湖广行省的省治，武汉首次成为省级行政单位的治所。元代诗人余阙在诗中曾把武昌、汉阳称为“双城”。元末时红巾军领袖徐寿辉曾将其天完政权国都迁至汉阳。

 　　朱元璋攻克武昌时，第六子朱桢出生，后朱桢被明太祖分封到武昌做楚王，武昌因此得到扩建，成为南方最大的城池之一。在此后274年中，朱桢及历代楚王皆在龙泉山（今江夏区）为修建陵地，使龙泉山形成了有“三龟九寝十二景”之称的古建筑群。明成化十年（1474年）汉江改道从龟山北麓入江，汉口方才脱离汉阳独立发展，嘉靖年间在汉江新河道北岸形成汉口镇，来自各地的商贾纷纷前来经营，当时汉口货物山积，居民填溢，商贾辐辏，成为全国性水陆交通枢纽和中国内河最大的港口。明末汉口与朱仙镇、景德镇、佛山镇同称天下“四大名镇”，故有“货到汉口活”一说，有“十里帆樯依市立，万家灯火彻夜明”（吴琪诗）状其景，享有“楚中第一繁盛处”美誉。明崇侦八年（1635年）汉阳府通判袁瑁在汉口修筑了一条长堤（西起硚口-汉正街，东迄堤口-四官殿，即今长堤街），长堤以内即汉口早期镇区。明崇祯十六年(1643年)春，张献忠破武昌城，火焚楚王府。

 　　清乾隆年间，汉口仅“盐务一事，亦足甲于天下”。清嘉庆年间，汉口居民已达三万七千户，计十三万人，但汉口任然隶于汉阳县，故当时“武汉”任指武昌、汉阳双城。清道光二年（1822年）范锴所著《汉口丛谈》中“遂陷武汉等郡”一句，即指武昌、汉阳两府。咸丰年间，湖北巡抚胡林翼首次在奏函中使用“武汉”两字，如“武汉为荆襄咽喉”、“若使武汉克复”、“武汉两城对峙”等等，也是指武昌、汉阳（包括汉口）两地。