De Edo-periode begon toen Tokugawa Ieyasu in 1603 shogun werd, en de stad ontwikkelde zich snel onder zijn opvolgers. De bouw van het Kasteel van Edo, inclusief de hoofdtoren, werd uiteindelijk voltooid in 1637. In 1657 verwoestte de Grote Brand van Meireki een groot deel van de rosse buurt Yoshiwara, Asakusa, en het Kasteel van Edo. 100.000 mensen kwamen om.
In 1701 trok Asano Naganori in het paleis van de shogun zijn zwaard en sneed Kira Yoshinaka, de hoogstgeplaatste meester van het protocol, neer. Asano werd onmiddellijk gedwongen seppuku te plegen. Aan het eind van het volgende jaar wreekten zijn 47 meesterloze dienaren de dood van hun meester door Kira in zijn residentie in Ryogoku aan te vallen en te onthoofden. Dit verhaal van loyaliteit werd al snel een tijdloze klassieker, bekend als Chushingura.
In het bakumatsu-tijdperk nam de politieke activiteit toe. In 1860 werd Ii Naosuke, die er voorstander van was Japan open te stellen voor het Westen, vermoord door anti-buitenlandse rebellerende samoerai. 1867 De laatste shogun van Japan, Tokugawa Yoshinobu, gaf in 1867 de macht over aan de keizer en ontvluchtte Edo in 1868 na een militaire nederlaag van machtige provinciale machten die macht zochten in naam van de keizer.
Na 263 jaar werd het shogunaat omvergeworpen onder het vaandel van herstel van de keizerlijke heerschappij. In 1869 verhuisde het boegbeeld, de 17-jarige keizer Meiji, naar Edo, dat het jaar daarvoor was omgedoopt tot “Tokio” (“Oostelijke Hoofdstad”). Tokio was al het politieke, economische en culturele centrum van de natie, en de residentie van de keizer maakte er de facto ook een keizerlijke hoofdstad van, met het vroegere Kasteel van Edo dat het Keizerlijk Paleis werd. De stad Tokio werd gesticht en bleef de hoofdstad tot zij in 1943 als gemeente werd afgeschaft en werd samengevoegd met de “Metropolitan Prefecture” van Tokio.