O período Edo começou quando Tokugawa Ieyasu se tornou xogum em 1603, e a cidade se desenvolveu rapidamente sob seus sucessores. A construção do Castelo de Edo, incluindo a torre principal, foi finalmente concluída em 1637. Em 1657, o Grande Fogo de Meireki destruiu grande parte do distrito de Yoshiwara, Asakusa, e o Castelo de Edo. 100.000 pessoas morreram.
Em 1701, no palácio do xogum, Asano Naganori desembainhou sua espada e cortou Kira Yoshinaka, o mais alto mestre do protocolo. Asano foi imediatamente forçado a cometer seppuku. No final do ano seguinte, os seus 47 mestres sem mestre vingaram a morte do seu mestre atacando e decapitando Kira na sua residência em Ryogoku. Esta história de lealdade logo se tornou um clássico intemporal conhecido como Chushingura.
A era bakumatsu viu um aumento na atividade política. Em 1860 Ii Naosuke, que favoreceu a abertura do Japão para o Ocidente, foi assassinado por samurais rebeldes anti-foreignos. O último shogun do Japão, Tokugawa Yoshinobu, entregou o poder ao imperador em 1867 e fugiu de Edo em 1868 após a derrota militar por potentes potências provinciais em busca de poder em nome do imperador.
Após 263 anos, o shogunato foi derrubado sob a bandeira da restauração do domínio imperial. Em 1869, o imperador Meiji, de 17 anos de idade, mudou-se para Edo, que foi renomeado “Tóquio” (“Capital Oriental”) no ano anterior. Tóquio já era o centro político, econômico e cultural da nação, e a residência do imperador fez dela também uma capital imperial de fato, com o antigo Castelo de Edo se tornando o Palácio Imperial. A cidade de Tóquio foi estabelecida, e continuou a ser a capital até ser abolida como município em 1943 e fundida com a “Prefeitura Metropolitana” de Tóquio.