Leta 1364 so Plovdiv osvojili osmanski Turki pod poveljstvom Lala Šakin paše. Po drugih podatkih je bil v turški posesti od bitke na Marici leta 1371, po kateri so meščani in bolgarska vojska pobegnili in pustili mesto brez obrambe. Begunci so se naselili v Stanimaki. Med osmanskim medvladjem je mesto leta 1410 zasedel Musa Çelebi in pobil in izgnal njegove prebivalce. Plovdiv je bil središče Rumelijskega ejaleta (1364-1443), središče sandžaka v Rumelijskem ejaletu (1443-1593), središče sandžaka v Silistrskem ejaletu (1593-1826), središče sandžaka v Adrianopelskem ejaletu (1826-1867) in središče sandžaka v Odrinskem ejaletu (1867–1878). V tem obdobju je bil poleg Istanbula, Odrina in Soluna eno od glavnih gospodarskih središč. Bogatejši meščani so si zgradili čudovite hiše, od katerih nekatere še stojijo v arhitekturnem rezarvatu Stari Plovdiv.