Năm 1803, Gia Long ra Bắc, chọn làng Vĩnh Yên nằm phía tây bắc Dũng Quyết (khu vực thành cổ bây giờ) xây trấn sở. Năm 1884 chính thức dời trấn từ Dũng Quyết về Vĩnh Yên, cho xây thành Nghệ An bằng đất.

Mãi đến năm 1931 vua Minh Mạng mới cho xây lại thành bằng đá ong theo kiểu Vô-băng (Vô băng là tên một tướng Pháp có sáng kiến thiết kế kiểu thành này). Thành có 6 cạnh, chu vi dài 603 trượng (2.412m), cao 1 trượng, 1 tấc, 5 thước (4,42 m), diện tích: 420.000m2, bao xung quanh có hào rộng 7 trượng (28 m), sâu 8 thước ta (3,20 m). Lúc khởi công, Triều đình nhà Nguyễn đã huy động 1000 lính Thanh Hoá, 4000 lính Nghệ An. Đến thời Tự Đức, khi nâng cấp phải lấy 8599 phiến đá sò từ Diễn Châu và đá ong từ Nam Đàn, 4.848 cân vôi, 155 cân mật mía, với tổng kinh phí là 3.688 quan tiền.