元朝皇宫大内的位置也与故宫高度重叠。
1964年，中科院考古研究所在故宫内进行过小规模钻探。在文华殿和武英殿取出的土方证明，文华、武英两殿的东西平行线上，应是元朝皇宫的金水河。研究所又从景山和地安门桥等地所得资料证明，元朝皇宫的中轴线就是明清紫禁城的中轴线。
明清紫禁城的位置比元朝皇宫大内的位置偏南。比如现在的太和殿（明朝称奉天殿）坐落于元朝皇宫的崇天门（皇宫正门，相当于故宫的午门）位置上；现在的景山在元朝时期还是皇宫的一部分，当时景山下建有延春阁，是元朝皇后的寝宫。总体而言，明清紫禁城的大部分与元朝皇宫位置高度重合，尤其是中轴线没有任何变化。也就是说，元朝皇宫其实就在紫禁城的下面。
上都城坐北朝南，城垣平面呈正方形，边长2200米，四周有一道宽约20米的护城壕环绕，从外向里，由外城、皇城、宫城三重城组成。皇城在全城的东南，城墙夯土外砌砖石，东西各二门，南北各一门，每面墙长1400米。皇城正中偏北是宫城，东北角是华严寺，西北角是乾元寺，东南和西南二角亦各有一座庙宇。
宫城城墙夯土外包以青砖，东西宽570米，南北长620米，东、西、南三面有门。城内宫殿建筑各自成群，互不对称，有泉池穿涌其间，园林特色十分明显。
