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. Thành có 6 cạnh, chu vi dài 2.412m, cao 4,42 m, diện tích: 420.000m2, bao xung quanh có hào rộng 28 m, sâu 3,20 m.
Lúc khởi công, Triều đình nhà Nguyễn đã huy động 1000 lính Thanh Hoá, 4000 lính Nghệ An xây dựng công trình này.