1929年5月底，孙中山的灵柩从北平西山碧云寺启程，经津浦铁路南下，在浦口渡过长江，于6月1日在南京紫金山南麓安葬，国民政府称之为「奉安大典」。灵车从下关的江边码头进城，沿一条新修的大道穿过全城，一直驶到中山门外的陵墓。这条大道当时刚刚完工，就是后来的中山北路、中山路和中山东路，南京人习惯统称为中山大道。
为了修这条路，沿线拆除了大量民房。大道两侧种上了悬铃木，南京人称之为「法国梧桐」。几十年后，这些行道树成为这座城市最有辨识度的景观。
定都与《首都计划》
1927年4月，国民政府在南京成立。定都南京，一方面因为这里是孙中山生前属意的首都，1912年中华民国临时政府就设在这里；另一方面，国民党的力量和财源主要在长江下游的江浙地区。当时的南京，经过太平天国战争的破坏，城墙内大片是菜地、池塘和荒地，城北下关靠江的一带是码头和商业区，城南夫子庙、秦淮河一带是旧日的市井中心。城里的人口不到四十万。
1928年底，国民政府成立国都设计技术专员办事处，由留美归来的林逸民主持，聘请美国建筑师墨菲（Henry K. Murphy）和工程师古力治（Ernest P. Goodrich）为顾问，编制新首都的规划。1929年12月，《首都计划》正式公布。这份规划参照了当时欧美流行的城市规划方法，把全城划分为中央政治区、市行政区、工业区、商业区、文教区和住宅区，设计了林荫大道、环城公园和干道网，对上下水道、电力、港口、铁路和机场都作了安排。中央政治区原拟设在明故宫一带，后来又有设在紫金山南麓的方案，争论多年未决。
《首都计划》对建筑风格也有明确要求：政府建筑应当采用「中国固有之形式」，以体现民族文化。规划的相当部分最终没有实现，但干道网、住宅区和建筑风格的要求，在此后十年里大体得到了执行。
中山陵
中山陵的建设比《首都计划》还早。1925年3月孙中山在北京去世，遗愿葬于南京紫金山。葬事筹备处当年举行了陵墓设计竞赛，年轻的建筑师吕彦直获得首奖。他的方案依山势布置，自下而上依次是牌坊、墓道、陵门、碑亭、祭堂和墓室，整组建筑的平面轮廓形似一口钟，常被解释为「唤起民众」之意。
陵墓在1926年动工，1929年主体完工，吕彦直却在1929年3月因病去世，年仅三十五岁，没有看到奉安大典。中山陵的屋顶用蓝色琉璃瓦，墙面用浅色的花岗石，与明清帝王陵寝惯用的红墙黄瓦截然不同。从墓道到祭堂共有数百级石阶，关于台阶数目的象征意义，民间流传着不少说法，大多是后人的附会。
大屋顶下的官署
「中国固有之形式」的具体做法，是用钢筋混凝土结构建造现代办公楼，在外面加上中国传统建筑的屋顶、斗拱、彩画和台基。1930年落成的铁道部大楼是这类建筑中较早的一座，由范文照、赵深设计，绿色琉璃瓦的大屋顶下是现代化的办公空间。此后，交通部、考试院、中央研究院、中央博物院等一批机关和文化建筑陆续兴建。
这种做法很快引起了争议。大屋顶造价高昂，屋顶下的空间也难以利用。一些建筑师开始尝试简化：1930年代中期建成的外交部大楼，由华盖建筑事务所的赵深、陈植、童寯设计，用平屋顶，只在檐口和门廊上保留传统装饰。1936年落成的国民大会堂也采取了类似的折中手法。南京这一批建筑，后来成为研究中国近代建筑的重要实例。
首都的学府
首都建设也包括文教机构。1928年，原国立东南大学等校在南京改组为国立中央大学，此后规模不断扩大，到1930年代已是全国院系最齐全、学生人数最多的大学之一，校址在四牌楼一带。城西鼓楼附近有美国教会创办的金陵大学和金陵女子文理学院，后者1928年由吴贻芳出任校长，她是中国最早担任大学校长的女性之一。1928年成立的中央研究院，院部设在南京，下属各研究所分设在南京、上海、北平等地。
各部会的公务员、军官和大中学校的师生，构成了南京新增人口的主体。这批人多从外地迁来，说着各地方言，使南京的城市面貌和口音都与战前的旧城不同。
十年间的城市
1927年到1937年，南京的人口增长很快，到1930年代中期已超过一百万。大批中央机关的公务员、军官、教员和学生从各地来到南京，新的住宅区随之出现。颐和路一带是《首都计划》中的高级住宅区，1930年代陆续建起大批独立的花园洋房，多为政府官员和社会名流的住宅。
商业中心也在转移。中山路与汉中路交会处的新街口广场建成以后，银行、商场、电影院在周围聚集，1936年开业的大华大戏院和中央商场都在这一带。城南的夫子庙、秦淮河沿岸依旧是茶楼、酒肆和旧式商铺集中的地方。1931年落成的中央体育场位于紫金山下，1933年第五届全国运动会在这里举行。
城市的另一面是大量的贫民。随着人口增加，城内外的棚户区不断扩大，许多居民住在简陋的草棚里，供水和卫生条件很差。市政府在1930年代推行过棚户改造和兴建平民住宅，成效有限。
1937年
1937年8月淞沪会战爆发后，日军飞机多次轰炸南京。11月20日，国民政府宣布移驻重庆。12月13日，日军攻陷南京，随后进行了长达数周的大屠杀。战后，南京审判战犯军事法庭认定遇害者达三十万人以上；远东国际军事法庭的判决也认定，日军占领后最初六周内在南京及其附近被屠杀的平民和战俘在二十万人以上。
新首都十年的建设到此中断。1946年5月国民政府还都南京时，城里的许多机关建筑还在，中山大道两旁的悬铃木已经长高。
年表
- 1927年 国民政府定都南京。
- 1928年 国都设计技术专员办事处成立。
- 1929年 6月1日孙中山奉安大典；12月《首都计划》公布。
- 1930年 铁道部大楼落成。
- 1933年 第五届全国运动会在中央体育场举行。
- 1936年 国民大会堂、大华大戏院落成。
- 1937年 11月国民政府移驻重庆；12月13日南京沦陷。
