但是在杨广登基后，却发生了一系列的重大变革。大业元年（605年），隋炀帝派杨素、宇文恺等人于洛阳兴建东京（大业五年改为东都），以掌控中原与江南经济，在洛阳周边的洛口、回洛等地兴建国家粮仓以备荒年时所使用，洛阳宫城（紫微城）建成，由于每月要役使民丁两百万人，隋炀帝又注重洛阳的完善奢华，因此消耗了大量的人力、物力和财力。

大业元年（605年），隋炀帝遂诏尚书令杨素、纳言杨达、将作大匠宇文恺营建东京洛阳。洛阳宫城（紫微城）建成后，同年下诏迁都洛阳，新的洛阳城有宫城、皇城和外郭城，以洛阳为中心，修建了贯通南北的隋唐大运河。

隋炀帝营建的洛阳城，是为洛阳宫城（紫微城），南对伊阙，北倚邙山，东逾瀍河、洛水纵贯其间，都城分郭城、宫城（紫微城）、皇城（太微城）、东城、含嘉仓城、园壁城和耀仪堀，规模宏大，布局有序。洛阳宫城和皇城偏隅郭城西北部的独特布局，整齐划一、以里见方的棋盘状里坊布局而在中国都城建设史上具有重要的地位。隋炀帝修建洛阳城，具有统治国家的战略考虑，该城到五代、北宋时仍在使用，前后沿用500多年。

由于隋朝的政治和军事中心位于关中和中原地区，在平定南朝陈期间，为了运兵南下，开始修建运河。平定陈后，隋廷为了提防之旧有势力及将江南的粮食运送到政治、经济中心的中原地区，又以洛阳为中心开凿了贯通南北的隋唐大运河，并且在两岸筑御道，种植柳树护岸。所开的运河大部分是利用自然河道，或是疏濬前代业已干枯的旧沟，只有一小部分才是真正以人力开凿的。最终形成以洛阳为中心，首尾相连的几条运河。

大运河将中国众多水系连接起来，形成贯通南北的运输网络；带动沿岸城市的发展，兴起了许多工商业城市，促进各个地区的文化发展与民族融合，这使得中华文明加速成为有机体的整体东方文明。大运河以洛阳为中心北抵涿郡（今北京），南至余杭（今杭州），又以通济渠，永济渠，邗沟，江南河为四个组成部分，连接了海河，黄河，淮河，长江，钱塘江，加强了南北地区的经济文化政治交流。隋朝时洛阳由于水路畅通，居天下之中，四通八达，加之隋炀帝调迁全国大量商贾和百姓入住洛阳城，洛阳人口达到五十万以上。

然而，由于隋炀帝急促兴建大运河，消耗大量人力财力，为人民带来很多负担。而且他的目的不是利国利民的思想，所以功不抵罪。掘河的民夫，经久不息地劳动，加上疾病侵袭，死亡人数占全部一半以上。大业元年（605年），隋炀帝开凿通济渠的同时，带后宫、诸王、卫队等大量人群沿运河巡视南方，沿途之上，花费许多资金，征调许多人民，消耗巨大且对民生造成了巨大的影响。

大业五年（609年），隋炀帝西巡，到达焉支山后召开了一场“万国博览会”，会上吐屯设向炀帝献地数千里，炀帝大悦，以之置西海、河源、鄯善、且末四郡，调发戍卒，大兴屯田。此时天下凡有郡一百九十，县一千二百五十五，户八百九十万有奇。东西九千三百里，南北万四千八百一十五里。《资治通鉴》评价：“隋氏之盛，极于此矣。