След като поемат контрола над всички пътища, по които византийците могат да получат чуждестранна подкрепа, османците се уверяват, че генуезците, които контролират кулата Галата, остават неутрални. След всички тези приготовления османската армия предприема страховита атака както по суша, така и по море. Турците пробиват града от всички страни и разрушават всички византийски защити. Около обяд на 29 май 1453 г. Фатих Султан Мехмед влиза в града през портата Топкапъ и незабавно посещава Аясофия. Завладяването на Истанбул промени световната история. Редът е върнат в Истанбул бързо след завладяването. Веднага беше обявено, че жителите на града ще могат да продължат да практикуват собствените си религии и традиции без намеса. Султан Мехмед, който приема титлата „Завоевател“ (Фатих) след завладяването, нарежда гръцката общност да избере глава на православната гръцка патриаршия, която по това време е без патриарх. Еврейската общност в града, чието положително поведение по време на завоеванието е забелязано, запазва правото да поддържа своите синагоги.
Освен това бе определен молитвен дом за турско-еврейската караимска общност на мястото на джамията Arpacılar. Истанбул се превърна в световен град, съдържащ мозайка от различни религии. Първото действие на Фатих Султан Мехмед след войната е да започне ремонт на повредените зони в града. Първото голямо усилие за реконструкция включва ремонт на градските стени, които са били сериозно повредени по време на завоеванието. Докато работата по реконструкцията на града продължи, бяха оформени и няколко нови населени места. Освен това имуществото, което е било изоставено, е било дадено на онези, които са служили в завоеванието.
За да се увеличи мюсюлманското население в града, мюсюлманите, живеещи в Анадола и Румели, бяха насърчени да мигрират в Истанбул. Когато това не е достатъчно, султански указ е изпратен до провинциите на империята, който изисква определен брой хора от всяка класа да се преместят в Истанбул. Християни и евреи от редица различни региони също бяха доведени в града, където се заселиха в няколко специфични квартала. Към края на 1457 г. голям пожар в бившата османска столица Одрин кара нови мигранти да идват в Истанбул. През 1459 г. градът е разделен на четири административни области, всяка с уникални демографски характеристики. В рамките на петдесет години след завладяването Истанбул се превърна в най-големия град в Европа. Въпреки че Истанбул навлиза в петнадесети век като голям град, той претърпява значителни щети при земетресението от 14 юли 1509 г., което е известно като „Малкия съден ден“. Вторичните трусове от земетресението продължиха четиридесет и пет дни и общо хиляди сгради в града се срутиха. През 1510 г. султан Баязид Втори наема около осемдесет хиляди души, за да възстанови града отново.
Възходът на Истанбул по време на управлението на Сюлейман Законодателя
През цялата история на Османската империя и под управлението на всеки султан, Истанбул остава първият привилегирован град на империята. В града непрекъснато се добавят нови произведения и паметници, а историческите паметници от всеки период и хора се пазят внимателно. По-специално четиридесет и шест годишният период между 1520 и 1566 г., когато султан Сюлейман Законодателят става свидетел на „Ерата на възхода“ както за Истанбул, така и за империята като цяло.
По време на управлението на Сюлейман в Истанбул са построени голям брой важни архитектурни произведения. По-специално, произведенията на архитекта Синан, най-важният архитект в историята на империята, осигуряват на града фантастичен нов облик. Сред най-важните произведения, построени през този период — почти всички сгради на Мимар Синан — са джамията и куполът Сюлеймание, джамията и куполът Шехзадебашъ, джамията и куполът на Султан Селим, джамията Джихангир, двете джамии Михримах Султан, построен в Edirnekapı и в Üsküdar, и Haseki Dome и Haseki Hamam, които са построени на името на Hürrem Sultan. През цялата епоха на западняка, започнала през осемнадесети век, лицето на Истанбул започва да се променя под влиянието на европейските градове. Процесът на модернизация продължава и дори се засилва през републиканския период.
Когато столицата на Османската империя е преместена от Одрин в Истанбул, градът става имперска столица за трети път.
