韩战结束后，中国的领导人决定全力展开国内的恢复与重建。参考莫斯科捷运在莫斯科保卫战中用作防空洞与军事指挥所的经验，中共北京市委在1953年下半年制定了《关于改建与扩建北京市规划草案》，其中首次提出修建地下铁道，作为“平战结合”的防御手段。

因为中国在捷运建设上缺少经验，所以非常依赖于苏联和东德的技术援助。1954年，一些苏联的工程师（其中一部分曾参与莫斯科捷运的建设）被邀请参加北京捷运的筹备工作。1953年至1960年，数千名中国学生被送往苏联学习捷运的建设。1957年，北京捷运的最早规划出炉，其中包括一条环线与7条其他线路，共172千米，有114个车站。其中两条线路被选中最先动工。其中东西向线路沿长安街建设，起始点分别为五棵松与红庙。另一条南北向线路起自颐和园，经西直门、西四和中山公园后终于北京体育馆（今国家体育总局）。这两条线路被选中的原因，是因其经过的国家机关较多。然而，第二条线路直到四十年后4号线动工才真正开始修建。

由于中苏交恶，北京捷运规划被迫暂停。1960年，苏联专家开始撤离中国，到1963年全部返回苏联。1961年，北京捷运筹建工作因三年困难时期而停止。几年后，捷运筹建工作才得以重新开始。捷运线路向西延长，以把北京城区和西山连线起来，方便国家领导人经捷运到西山避难。1965年2月4日，毛泽东批准了这个项目。

1965年1月15日，北京军区、北京市委、铁道部联合提出了北京地下铁道建设近期规划方案的专题报告。为此专门成立以北京军区司令员杨勇为组长的北京地下铁道领导小组，并组建铁道部北京地下铁道工程局。1965年7月1日北京地下铁道一期工程在玉泉路以西的一颗白果树下了开工奠基典礼，包括朱德、邓小平在内的很多国家领导人，以及北京市市长彭真参加了开工典礼。地下铁道修建最初出于备战的考虑，线路连线北京西山卫戍部队驻地和北京站，并修建古城车辆段作为列车保养基地。

工程按照“战备为主，兼顾交通”的方针设计，採用敞口明挖施工，施工完成再填埋，由铁道兵第十二师、地下铁道工程局、北京市城建局施工。这是中国自行设计、施工的第一条地下铁道。捷运建设中最有争议的一步就是拆除北京内城从复兴门到北京站的城墙和城门，以为採用明挖回填法施工的捷运腾出空间。建筑学家梁思成提议保留城墙，以作为老北京城的标誌。毛泽东主席则认为拆除城墙优于拆除民居。最后，周恩来总理要求保留正阳门城楼及箭楼，而其他的城门、城墙则被拆除。

经过工期为6年建设，1971年1月15日一期工程公主坟站–北京站的线路全线基本建成通车，以庆祝国庆节，但不对外开放。这条线路长23.6公里，採用明挖填埋法施工，从西山公主坟站到北京站，共有17座车站。这条线路是中国大陆最早的捷运线路，而且也早于香港、首尔、新加坡、旧金山、华盛顿等城市。

虽然工程已完成，但是捷运电气系统在很长一段时期记忆体在走电失火安全问题（直到1981年方才基本解决捷运电路系统的走电失火问题），1969年11月11日捷运电力系统起火导致3人死亡，100多人受伤，并毁坏2辆列车。周恩来总理让部队控制捷运，但事故仍旧接连发生。

1971年1月15日，捷运一期工程开始试运营，运行区段由北京站至立新站（即公主坟站）的十座车站，线路长度10.7公里，。单程票价被定为一角，当时由于属于战备工程，而且只有拥有工作单位介绍信的人才能参观乘坐。运营线路的西端终点站在1971年8月5日延长至玉泉路站，1971年11月7日延长至古城路站，1973年4月23日延长至苹果园站。1971年北京捷运共运载了828万人次乘客，但在文化大革命期间一直处于试运营状态。由于政治原因，在1971年至1976年间，捷运曾多次停运。儘管捷运的运营权在1976年由军方交还，捷运仍然由于受流器起火 列车短路 变电站跳闸 列车起火 道岔挤坏等事故而不对外开放，以开介绍信参观的形式运营。

1981年4月20日北京市捷运运营有限公司一、二分公司成立。1981年9月15日北京地下铁道一期工程正式验收，从福寿岭至北京站共19座车站，全长27.6公里运营线路移交北京市捷运公司管理，捷运一期工程运营线路从苹果园站至北京站区段正式对外开放。到1981年北京捷运年客运量为6466万人次，日均客运量为17.7万人次。

1987年12月28日，北京地下铁道一期部分从长椿街站至北京站区段正式与二期工程的复兴门站、建国门站相连形成环线运行，后正式成为北京捷运2号线的一部分；而苹果园站至长椿街站则在2000年6月28日与复八线工程相连，后正式成为北京捷运1号线的一部分。此后北京捷运一期工程仅作为一个历史工程名称而存在。不过站台柱子呈方型亦成了一期工程与其他工程明显不同之处。

因北京捷运一期工程建设时间较早，存在着诸多在后期无法改进的问题，而捷运的修建亦对周边环境产生了不可逆的影响。

由于1号线的客流持续增长，导致乘客滞留车站的情况日益严重。故根据北京缓堵新政，1号线将由6节準B车扩编到7节準B车。然而苹果园站至南礼士路站区间，车站站台长度却只能容纳6节B车的短列车，需要进行车站改造。由于改造难度较大，目前此计画处于搁置状态。

由于北京捷运一期工程开通时间较早，和后期的新建线路相比，存在着较多的安全隐患。加之经常发生有乘客卧轨自杀事故，导致安装月台门的计画开始提上日程。然而由于北京捷运一期工程的站内通风装置位于行车通道上方，故无法安装禁止门，只能安装半高安全门，2016年7月18日凌晨，北京捷运永安里站（1999年开通复八线 2000年与1号线贯通运营）成功安装1.5m的半高安全门

1965年7月1日，北京捷运开始建设。当时修建捷运採用开挖明渠然后加盖覆盖的方法，施工路线所经过的地区，地面建筑需全部拆除。考虑到居民拆迁、占路施工等问题，因此捷运东段（城区之内）的路线大部分沿着北京内城的城墙基址。

从1950年代城墙开始拆改，到1965年大规模拆除城墙的这段时间里，北京城墙的拆除工作主要由北京市的市政和道路建设部门负责，此外各工厂、及街道居民也以义务劳动的形式参加城墙的拆除工作。捷运施工开始后，为加快工程进度，铁道兵部队也参加到城墙和城门的拆除工作中。捷运一期工程拆除了内城南墙、宣武门、崇文门，全长23.6公里。二期工程由北京站经建国门、东直门、安定门、西直门、复兴门，沿线拆除城墙及城门，全长16.04公里。其中，西便门附近一段长约100米的内城城墙因为被捷运施工单位用作堆放建筑材料的货场围墙而未被全部拆除，但北端墙体被削去近一半的厚度。崇文门东至东南角楼的一段内城城墙则因为捷运线路不需从该处经过而得以部分保留，但墙顶亦被削去，墙砖被居民拆走挪作他用。从1972年起，为了在捷运环城段上方修建二环路，以及在前三门地区修建高层住宅，北京内城东、西、南三面的护城河被陆续加盖，改为暗沟。

至1979年国务院下令停止拆除残余城墙、保护城门时，北京城池遗存的只有正阳门城楼、箭楼，德胜门箭楼，东南角楼，内城护城河北段，以及北京站南和西便门两处内城城墙残余。北京城池至此大体上已不复存。

随着复兴传统文化的声音渐强与北京迎接第29届奥运会的到来，海内外各界陆续有人提出恢复北京凸字形城池，再现昔日京城风貌。永定门的复建即为一例。恢复北京城池的举措包括恢复护城河，复建前三门，乃至整个内城所有的城门等等。然而，由于原北京城池（墙）所处土地现多已被占有开发，因此重建城池在行动上相当有难度。可行性较大的工作包括对北京城池现存的城楼、箭楼、角楼和城垣进行保护，以及复建部分城墙。