Το 1364 την πόλη κατέλαβαν οι Οθωμανοί Τούρκοι υπό το Λαλά Σακίν Πασά. Σύμφωνα με άλλες πηγές η Φιλιππούπολη έγινε Οθωμανική με τη Μάχη του Έβρου το 1371, μετά την οποία οι πολίτες και ο Βουλγαρικός στρατός διέφυγαν, αφήνοντας την πόλη ανυπεράσπιστη. Οι πρόσφυγες εγκαταστάθηκαν στη Στενήμαχο. Κατά την Οθωμανική Μεσοβασιλεία το 1410 ο Μουσά Τσελεμπή κατέλαβε την πόλη, θανατώνοντας και εκτοπίζοντας τους κατοίκους. Οι Τούρκοι ονόμασαν την πόλη "Φιλίμπε", παραφθορά του "Φίλιππος". Κατά την Οθωμανική κυριαρχία τα ονόματα "Πλόβντιν", "Πλόβντιβ" αναφέρονται σε Βουλγαρικό βιβλίο του 16ου αιώνα, επηρεασμένα πιθανώς από τον παλαιότερο Θρακικό τύπο "Πουλπουδέβα".. Ήταν πρωτεύουσα του Βιλαετίου της Ρούμελης μεταξύ 1364–1443, κέντρο σαντζακίου του μεταξύ 1443-1867 και κέντρο σαντζακίου του Βιλαετίου της Αδριανούπολης μεταξύ 1867-1878. Την περίοδο αυτή η Φιλιππούπολη ήταν μεγάλο οικονομικό κέντρο μαζί με την Κωνσταντινούπολη, την Αδριανούπολη και τη Θεσσαλονίκη. Οι πλουσιότεροι πολίτες κατασκεύαζαν ωραίες κατοικίες που μπορούμε ακόμη να δούμε στην αρχιτεκτονικά διατηρητέα Παλιά Φιλιππούπολη.