El periodo Edo comenzó cuando Tokugawa Ieyasu se convirtió en shogun en 1603, y la ciudad se desarrolló rápidamente bajo sus sucesores. La construcción del castillo de Edo, incluida la torre principal, se completó finalmente en 1637. En 1657, el Gran Incendio de Meireki destruyó gran parte del barrio rojo de Yoshiwara, Asakusa y el castillo de Edo. Murieron 100.000 personas.
En 1701, en el palacio del shogun, Asano Naganori sacó su espada y cortó a Kira Yoshinaka, el maestro de protocolo de mayor rango. Asano fue inmediatamente obligado a cometer seppuku. A finales del año siguiente, sus 47 criados sin amo vengaron la muerte de su maestro atacando y decapitando a Kira en su residencia de Ryogoku. Esta historia de lealtad pronto se convirtió en un clásico intemporal conocido como Chushingura.
La época del bakumatsu vio un aumento de la actividad política. En 1860 Ii Naosuke, partidario de la apertura de Japón a Occidente, fue asesinado por samuráis rebeldes contrarios a los extranjeros. 1867 El último shogun de Japón, Tokugawa Yoshinobu, rindió el poder al emperador en 1867 y huyó de Edo en 1868 tras la derrota militar de los poderosos poderes provinciales que buscaban el poder en nombre del emperador.
Después de 263 años, el shogunato fue derrocado bajo la bandera de la restauración del gobierno imperial. En 1869, el emperador Meiji, de 17 años de edad, se trasladó a Edo, que fue rebautizada como «Tokio» («Capital del Este») el año anterior. Tokio ya era el centro político, económico y cultural de la nación, y la residencia del emperador la convirtió también en una capital imperial de facto, ya que el antiguo castillo de Edo se convirtió en el Palacio Imperial. Se estableció la ciudad de Tokio, que continuó siendo la capital hasta que fue abolida como municipio en 1943 y fusionada con la «Prefectura Metropolitana» de Tokio.