因避国号讳，于武德四年（621）改“钱唐”为“钱塘”。太宗时属江南道，天宝元年（742）复名余杭郡，属江南东道。乾元元年（758）又改为杭州，归浙江西道节度，州治在钱塘，辖钱塘、盐官、富阳、新城、余杭、临安、于潜、唐山八县。州城的范围也随之扩大，由原来的城南沿江一带发展到今天的武林门一带。由于运河的沟通，杭州成为货物集散地，社会经济日趋繁荣，人口也逐渐增加，唐贞观（627-649）中，已有15万余人；到开元（713-741）中发展到58万人，此时的杭州，已与广州、扬州并列，为我国古代三大通商口岸之一。长庆二年（822），诗人白居易任杭州刺史，大规模浚治西湖，并筑堤建闸，以利农田灌溉。又继李泌之后重修六井。从这时起，西湖之名益彰于世。
五代十国时期，吴越国偏安东南，建都杭州。当时的杭州称西府或西都，州治在钱塘，辖钱塘、钱江、余杭、安国、于潜、唐山、富阳、新城八县。在吴越三代、五帝共85年的统治下，经过劳动人民的辛勤开拓建设，杭州发展成为全国经济繁荣和文化荟萃之地。欧阳修在《有美堂记》里有这样的描述：“钱塘自五代时，不被干戈，其人民幸福富庶安乐。十余万家，环以湖山，左右映带，而闽海商贾，风帆浪泊，出入于烟涛杳霭之间，可谓盛矣！”。吴越王钱镠在杭州凤凰山筑了“子城”，内建宫殿，作为国治，又在外围筑了“罗城“，周围70里，作为防御。据《吴越备史》记载，这个都城，西起秦望山，沿钱塘江至江干，濒钱塘湖（西湖）到宝石山，东北面到现在的艮山门。以形似腰鼓，故又有“腰鼓城”之称。
吴越王重视兴修水利，引西湖水输入城内运河；在钱塘江沿岸，采用“石囤木桩法”修筑百余里的护岸海塘；还在钱塘江沿岸兴建龙山、浙江二闸，阻止咸水倒灌，减轻潮患，扩大平陆。动用民工凿平江中的石滩，使航道畅通，促进了与沿海各地的水上交通。置“撩湖兵”千人，疏浚、保护西湖，使不被葑草淤塞。
吴越三代五帝都笃信佛教，现在杭州西湖周围的寺庙、宝塔、经幢和石窟等文物古迹，大都是那个时期的建就。当时的杭州就有“佛国”之称。
在北宋时，杭州为“两浙路”的路治；大观元年（1107）升为帅府，辖钱塘、仁和、余杭、临安、于潜、昌化、富阳、新登、盐官九县。当时人口已达20余万户，为江南人口最多的州郡。经济繁荣，纺织、印刷、酿酒、造纸业都较发达，对外贸易进一步开展，是全国四大商港之一。杭州历任的地方官，十分重视对西湖的整治。元祐四年（1089），著名诗人苏东坡担任杭州知州，再度疏浚西湖，用所挖取的葑泥，堆成横跨南北的长堤（苏堤），上有六桥，堤边植桃柳芙蓉，使西湖更加美化。又开通茅山、盐桥两河，再疏六井，使卤不入市，民饮称便。
经过北宋150多年的发展，到了南宋时，开始了杭州的鼎盛时期。南宋建炎三年（1129），置行宫于杭州，为行在所，升为临安府，治所在钱塘。辖钱塘、仁和、临安、余杭、于潜、昌化、富阳、新城、盐宫九县，地域与唐代大致相当。绍兴八年（1138）定都于此，杭州城垣因而大事扩展，当时分为内城和外城。内城，即皇城，方圆九里，环绕着凤凰山，北起凤山门，南达江干，西至万松岭，东抵候潮门，在皇城之内，兴建殿、堂、楼、阁，还有多处行宫及御花园。外城南跨吴山，北截武林门，右连西湖，左靠钱塘江，气势宏伟。设城门13座，城外有护城河。由于北方许多人随朝廷南迁，使临安府人口激增。到咸淳年间（1265-1274），居民增至124万余人（包括所属几个县）。就杭州府城所在的钱塘、仁和两县而言，人口也达43万余人。
人口的增多，为社会生产力的发展和商业的繁荣创造了条件。南宋都市经济的繁荣，不仅超越前代，而且居世界前列。当时临安手工作坊林立，生产各种日用商品，尤其是丝织业的织造技艺精良，能生产出许多精巧名贵的丝织品，在国内享有盛名。
据《武林旧事》等书记载，南宋时的杭州商业有440行，各种交易甚盛，万物所聚，应有尽有。对外贸易相当发达，有日本、高丽、波斯、大食等50多个国家和地区与之有使节往来和贸易关系，朝廷专设“市舶司”以主其事。
南宋时，杭州是全国的文化中心，设立了最高兴府──太学，还有武学、医学、算学、史学等各科学校，临安府学及钱塘、仁和两县学的学生近千人。这里书铺林立，刻印的书籍十分精良。当时的绘画艺术甚盛，“西湖十景”就是由南宋画院题名的。
杭州西湖，最早见于记载时称《武林水》，这在东汉班固的《汉书》卷二十八《地理志》上可以查到，他写道：《武林山，武林水所到之处出。东入海，行八百三十里。》一般认为，武林山即今灵隐，天竺一带群山的总称，而发源于这一带的南涧，北涧等山涧汇合为金沙涧，东流注入西湖，是西湖最大的天然水源。
从北魏郦道元的名著《水经注》的有关记载，衍生出西湖较早的