W tym okresie rozwinął się także Marymont wokół królewskiego dworu.
Wiek XIX związany jest z rozbudową Twierdzy Warszawa, szczególnie w latach 80. XIX wieku, kiedy powstały tam umocnienia wewnętrznego i zewnętrznego pasa obrony. W tym okresie powstały Fort I („Bielany”) i Fort II („Wawrzyszew”), na Marymoncie zaś tzw. koszary marymonckie i ziemne umocnienie. Ograniczenia w zabudowie na przedpolu tych obiektów dotknęły także okoliczną zabudowę. W 1830 powstał cmentarz Wawrzyszewski, istniał tam też dwór. W latach 1816–1861 działał też na dzisiejszych Bielanach Instytut Agronomiczny – wyższa uczelnia rolnicza. Tereny zielone przy Wiśle stały się popularnym celem wycieczek mieszkańców Warszawy w Zielone Świątki.
Na początku XX wieku na obszary Chomiczówki i Wawrzyszewa zaczęli napływać nowi osadnicy – pojawiła się tu drobna produkcja ogrodnicza. W 1916 nastąpiło poszerzenie granic Warszawy m.in. o Stare Bielany, Marymont i Słodowiec. Pojawiła się nowa zabudowa mieszkaniowa, szczególnie w obszarach objętych granicami miasta. Plany budowy miasta-ogrodu Młociny ostatecznie się nie udały i zrealizowano jedynie fragment planów. W okresie międzywojennym powstały także lotnisko bielańskie oraz Akademia Wychowania Fizycznego Józefa Piłsudskiego, a dzielnica uzyskała połączenie linią tramwajową z centrum miasta.