Etter 1523 fikk byen stadig mer preg av sete for sentraladminstrasjonen og i 1529 ble utenfor bykjernen innlemmet. I stormaktstiden på 1600-tallet ble Stockholm rikets faste hovedstad og sentrum i det svenske Østersjø-imperiet. Inntil 1634 lå Stockholm under landshøvdingen i Uppsala. Byen begynte å vokse under Gustav Vasa og hadde omkring 1600 om lag 10 000 innbyggere. I løpet av 1600-tallet vokste Sverige til en europeisk stormakt, noe som også kom til å påvirke Stockholms utvikling. Mellom 1610 og 1680 ble befolkningen seksdoblet. Dette hadde også sammenheng med erobringer av nye landområder. I 1634 ble Stockholm offisielt Sveriges hovedstad, selv om den i offisielle dokumenter ble omtalt som hovedstad så tidlig som i 1436.