江户之所以发展成为如此大规模的城市，理由在于其城市规划充分利用了土丘、山谷、河川等自然地形，同时，以右旋涡型的方式来延伸护城河。土木工程技术的运用，使江户的城市规模不断地扩大。
江户城堡是江户历史发展的起点，它原是太田道灌建造的著名城堡，1590年德川家康进入江户后，计划把它作为江户幕府的中心城堡。但是，当时的江户城堡非常荒芜，城堡的四周没有石垣，只有杂草丛生的土板墙，而城堡里的官邸与农舍几乎没什么两样。由于实在太破落，德川幕府开始考虑对城堡进行大规模的重修和扩建。
江户城堡和江户城区的扩展过程，大致可以分为以下四个历史阶段。
第一时期（1590～1602年）：德川家康开始着手江户的建设，以其作为东部日本的中心。江户城堡保留着道灌时代留下的三个城郭，据后人推测，当时德川家康将其中之一作为城堡的中心（即「本丸」），而将其他的两个城郭作为外城（即「二之丸」）。在此基础上，填埋干枯的城壕，扩大城郭内域，同时，凿通外城壕，以扩展城郭，并增建了「西外城」（即「西丸」）。但是，后来由于当时大坂城内统治着日本全国的丰臣秀吉（1536～1598年）下令建设「伏见城堡」，致使江户建设中断。
第二时期（1603～1616年）：自德川家康成为将军直到他去世为止，江户作为统辖全国的首都而获得飞跃的发展。「道三崛」运河修建完成，并成为向江户城堡运送物资的重要水路。在幕府向全国公布了捐建江户的宏伟计划后，开始了大规模的资材调拨，石材、木材等原材从100多公里以外的地方船运而来江户。在作为资材集聚地的「道三崛」运河周边，开始出现海运商、木材商等，并形成了一个繁荣市场，从而使这里成为新城市建设的中心地。在江户城堡，建起了中心官邸（即「本丸殿舍」）和望楼（即「天守阁」），「西外城」也在不断完整。江户城堡的望楼高44.3米，外观为5层，内部有7个楼面。与在后来和平时代建造的城堡相比，江户城堡是一个有着实战性结构的建筑。
第三时期（1619～1632年）：德川家康去世后，第二代将军德川秀忠开始了以江户城堡为中心的右旋涡型扩建的城市开发计划。它削平了神田台，改变平川河的流道，使之与隅田川河连接起来，江户城堡的东北部城区开始完善。因削平神田台而产出的土方被用来填埋临近江户城堡的海湾，江户的城区向着城堡的东南方向扩展。在江户城堡附近的填拓地上建起了诸侯宅邸等，在隔开一段距离的地方是工商业者居住区。并且，从江户城堡的北侧到正门处的东侧，构筑起了一条石垣。此时，望楼被移到了现在的地点。望楼的外观是全新设计的黑漆5层楼，其内部是立于石垣的5层楼面，外部层面与内部层面相互吻合。石垣上楼层的高度为44.8米，稍高于第二时期的望楼。同时，还兴建了新的外城官邸和庭园。
第四时期（1633～1651年）：第三代将军德川家光在江户城堡的西北部建起了城壕，它从溜池流经市谷直到小石川。这样，以江户城堡为中心的右旋涡型的城壕绕城市街区而过，连接隅田川河，直通「江户凑」（东京湾）。同时，还修建了城堡中心官邸（即「本丸御殿」）和大望楼台（附建有小望楼台）。望楼外观为5层，在其内部，一楼是地窖，石垣之上有5层。石垣上楼层的高度与第三时期基本相同。塔型大望楼被特意设计成所谓的「八方正面」形，它高耸入天，从江户城邑的任何地方都能望得到，并成为江户幕府的象征。
然而，1657年的一场大火灾烧毁了望楼，并一直没有修复。此后的城市规划没有再建高耸的城市象征建筑，而是追求以城堡为中心的右旋涡型的平面城区大幅度扩展。后来的明治维新揭开了东京时代的序幕，从此以后，城市规模一直不断地在扩大着。
