秦统一六国后，在灵隐山麓设县治，称钱唐，属会稽郡。《史记?秦始皇本纪》中记载：“三十七年十月癸丑，始皇出游……过丹阳，至钱唐，临浙江，水波恶……”这是史籍最早记载“钱唐”之名。现在的市区，当时还是随江潮出没的海滩，西湖尚未形成。
西汉承秦制，杭州仍称钱唐。新莽时一度改钱唐为泉亭县；到了东汉，复置钱唐县，属吴郡。这时杭州农田水利兴修初具规模，并从宝石山至万松岭修筑了第一条海塘，西湖开始与海隔断，成为内湖。
三国、两晋、南北朝时期，杭州属吴国的吴兴郡，归古扬州。因外族相继入侵，晋室南迁，促进了江南和钱塘江两岸经济文化的发展。这时，西湖已有“明圣湖”、“金牛湖”之称。东晋咸和元年，印度佛教徒慧理在飞来峰下建了灵隐寺，这不仅是西湖最古的丛林建筑，也是江南最古老的名刹。随后有方士许迈及葛洪等人在武林山下、韬光、宝石山一带进行写书、炼丹等活动，传播宗教，西湖名山胜水也渐次开拓。梁武帝太清三年，升钱唐县为临江郡。陈后主祯明元年，又置钱唐郡，辖钱唐、于潜、富阳、新城四县，属吴州。
隋王朝建立后，于开皇九年废郡为州，“杭州”之名第一次出现。下辖钱唐、余杭、富阳、盐官、于潜、武康六县。州治初在余杭，次年迁钱唐。开皇十一年，在凤凰山依山筑城，“周三十六里九十步”，这是最早的杭州城。大业三年，改置为余杭郡。六年，杨素凿通江南运河，从现在的江苏镇江起，经苏州、嘉兴等地而达杭州，全长400多公里，自此，拱宸桥成为大运河的起讫点。这一重要的地理位置，促进了杭州经济文化的迅速发展。《隋书?地理志》记述：“杭州等郡，川泽沃衍，有海陆之饶，珍异所聚，故商贾并辏”。这时的余杭郡有户15380，杭州户口统计由此开始。
唐代，置杭州郡，旋改余杭郡，治所在钱唐。因避国号讳，于武德四年改“钱唐”为“钱塘”。太宗时属江南道，天宝元年复名余杭郡，属江南东道。乾元元年又改为杭州，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。
五代十国时期，吴越国偏安东南，建西府于杭州。当时的杭州称西府，州治在钱塘，辖钱塘、钱江、余杭、安国、于潜、唐山、富阳、新城八县。
在北宋时，杭州为“两浙路”路治；大观元年升为帅府，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
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