Po przejęciu kontroli nad wszystkimi szlakami, którymi Bizantyjczycy mogli otrzymywać wsparcie z zagranicy, Osmanowie upewnili się, że Genueńczycy, którzy kontrolowali Wieżę Galata, pozostali neutralni. Po wszystkich tych przygotowaniach armia osmańska przypuściła straszliwy atak zarówno lądem, jak i morzem. Turcy przełamali obronę miasta ze wszystkich stron i zniszczyli wszystkie bizantyjskie umocnienia. Około południa 29 maja 1453 roku Fatih Sułtan Mehmed wkroczył do miasta przez bramę Topkapı i natychmiast odwiedził Ayasofyę. Podbój Stambułu zmienił historię świata. Po podboju szybko przywrócono porządek w Stambule. Natychmiast ogłoszono, że mieszkańcy miasta będą mogli nadal praktykować swoje religie i tradycje bez ingerencji. Sułtan Mehmed, który po podboju przyjął tytuł „Zdobywcy” (Fatih), nakazał społeczności greckiej wybrać głowę prawosławnego patriarchatu greckiego, który w tym czasie nie miał patriarchy. Społeczność żydowska miasta, której pozytywne zachowanie podczas podboju zostało zauważone, zachowała prawo do utrzymywania swoich synagog.
Ponadto, w miejscu Meczetu Arpacılar wyznaczono dom modlitwy dla turecko-żydowskiej społeczności Karaitów. Stambuł stał się miastem światowym, zawierającym mozaikę różnych religii. Pierwszym działaniem Fatiha Sułtana Mehmeda po wojnie było rozpoczęcie naprawy zniszczonych obszarów w mieście. Pierwszym dużym przedsięwzięciem rekonstrukcyjnym była naprawa murów miejskich, które zostały poważnie uszkodzone podczas podboju. W miarę kontynuowania prac nad odbudową miasta, powstało również kilka nowych obszarów osadniczych. Ponadto, opuszczone nieruchomości zostały przekazane tym, którzy służyli w podboju.
Aby zwiększyć populację muzułmańską w mieście, muzułmanów mieszkających w Anatolii i Rumelii zachęcano do migracji do Stambułu. Kiedy to nie wystarczyło, wysłano dekret sułtański do prowincji imperium, który wymagał, aby pewna liczba osób z każdej klasy przeniosła się do Stambułu. Chrześcijanie i Żydzi z wielu różnych regionów również zostali sprowadzeni do miasta, gdzie osiedlili się w kilku określonych dzielnicach. Pod koniec 1457 roku, duży pożar w dawnej osmańskiej stolicy Edirne spowodował, że nowi migranci przybyli do Stambułu. W 1459 roku miasto zostało podzielone na cztery dzielnice administracyjne, każda z unikalnymi cechami demograficznymi. W ciągu pięćdziesięciu lat po podboju, Stambuł stał się największym miastem w Europie. Chociaż Stambuł wszedł w XV wiek jako duże miasto, doznał znacznych szkód w trzęsieniu ziemi z 14 lipca 1509 roku, które jest znane jako „Mały Dzień Sądu”. Wstrząsy wtórne trzęsienia ziemi trwały ponad czterdzieści pięć dni, a łącznie tysiące budynków w mieście zawaliło się. W 1510 roku sułtan Bayezid II zatrudnił około osiemdziesięciu tysięcy ludzi do ponownej odbudowy miasta.
Rozwój Stambułu za panowania Sulejmana Wspaniałego
Przez całą historię Imperium Osmańskiego i pod rządami każdego sułtana, Stambuł pozostawał uprzywilejowanym pierwszym miastem imperium. Ciągle dodawano nowe dzieła i pomniki do miasta, a zabytki historyczne z każdego okresu i ludu były starannie chronione. W szczególności czterdziestosześcioletni okres między 1520 a 1566 rokiem, kiedy sułtan Sulejman Prawodawca był świadkiem „Ery Wzrostu” zarówno dla Stambułu, jak i dla całego imperium.
Za panowania Sulejmana w Stambule zbudowano wiele ważnych dzieł architektonicznych. W szczególności dzieła Architekta Sinana, najważniejszego architekta w historii Imperium, nadały miastu fantastyczny nowy wygląd. Do najważniejszych dzieł, które powstały w tym okresie – prawie wszystkie z nich to budynki Mimara Sinana – należą Meczet i Kopuła Sulejmana, Meczet i Kopuła Şehzadebaşı, Meczet i Kopuła Sułtana Selima, Meczet Cihangir, dwa Meczet Mihrimah Sultan, zbudowane w Edirnekapı i w Üsküdar, oraz Kopuła Haseki i Hamam Haseki, które zostały zbudowane w imieniu Hürrem Sultan. Przez całą erę westernizacji, która rozpoczęła się w XVIII wieku, oblicze Stambułu zaczęło się zmieniać pod wpływem miast europejskich. Proces modernizacji trwał, a nawet nasilił się w okresie republikańskim.
Kiedy stolica Imperium Osmańskiego została przeniesiona z Edirne do Stambułu, miasto po raz trzeci stało się stolicą imperium.
