Il governo dei Lorena sulla Toscana viene interrotto dall’occupazione delle truppe francesi guidate da Napoleone. Nel 1799 il granduca Ferdinando III è costretto all’esilio a Vienna, e nel 1801 la Toscana viene ceduta alla Francia, che vi istituisce il Regno d’Etruria con a capo la dinastia dei Borbone-Parma. Il regno ha vita breve: nel 1807 è soppresso, e la Toscana viene annessa all’Impero. La dominazione francese, esercitata dal 1809 attraverso Elisa Bonaparte, alla quale è concesso il titolo di granduchessa, dura fino al 1814, quando Ferdinando III riacquista il Granducato.
Durante il periodo napoleonico viene dato nuovo impulso alla progettazione urbana. Spesso però le proposte sono tanto impegnative quanto infruttuose. Nel 1810, ad esempio, si avanza l’idea di realizzare una grandiosa piazza destinata al passeggio e agli esercizi militari nell’area tra S. Marco e le mura, dedicata a Napoleone, che rimane sulla carta. Hanno effetto invece l’apertura alla cittadinanza delle Cascine, voluta da Elisa Bonaparte, e il ridisegno dell’area di accesso al parco; oppure il progetto di riapertura della strada di circonvallazione interna alle mura, destinata anch’essa a pubblico passeggio.
Allo stesso tempo, si varano provvedimenti destinati a migliorare l’organizzazione e la gestione della città. Vengono rifatti i lastrici di molte strade, si migliora l’illuminazione notturna, si dispone che le acque piovane vengano incanalate dai tetti sino al piano stradale. Si progetta l’apertura, l’allargamento o la regolarizzazione di diverse strade, che però la repentina fine dell’Impero non permette di realizzare. Viene compiuta invece tra il 1808 e il 1811 la soppressione degli ordini religiosi, che comporta l’incorporazione dei loro beni nel patrimonio dello Stato. A Firenze il provvedimento riguarda ben 67 conventi; alcuni di loro possiedono orti e terreni all’interno delle mura, che vengono alienati. Molti dei complessi conventuali, abbandonati dai religiosi, sono adibiti a usi pubblici: per scuole, accademie, ospizi, caserme.
Con la Restaurazione – e soprattutto dopo l’ascesa al trono di Leopoldo II, nel 1824 – l’attività di riconfigurazione urbana continua con ritmo accelerato, spesso riprendendo progetti del periodo francese rimasti ineseguiti. Viene ad esempio aperta via S. Leopoldo in prolungamento di via Larga, si ricostruisce la Canonica della cattedrale in modo da ampliare piazza del Duomo, si allarga via dei Calzaioli. Gli interventi perseguono l’intento di razionalizzare gli spazi pubblici, ma anche di realizzare ambienti urbani più moderni e decorosi. All’esterno delle mura vengono aperti nuovi viali nel parco delle Cascine, per permettere lo svolgersi di un rito mondano ormai caratteristico di ogni grande città: il passeggio delle carrozze.
Firenze comincia a misurarsi con la modernità. Tra il 1836 e il 1837 sono realizzati due ponti metallici sospesi alle estremità della città, il ponte San Ferdinando (a monte) e il ponte San Leopoldo (a valle), allo scopo di incanalarvi il traffico proveniente dalla via Pisana e da quella aretina. Nel 1847 si costruisce fuori porta al Prato la stazione Leopolda, termine della ferrovia Firenze-Livorno, e nel 1848 la stazione Maria Antonia per la linea Firenze-Pistoia, che penetra dentro la città attestandosi alle spalle di Santa Maria Novella.
Intorno alla metà dell’Ottocento Firenze torna ad espandersi, saturando aree libere all’interno delle mura ma estendendosi anche al di fuori di esse. Tra il 1844 e il 1855 si realizza infatti il quartiere di Barbano attorno a piazza Maria Antonia – oggi dell’Indipendenza – un nuovo grande invaso rettangolare esemplato sulle squares inglesi. Tra il 1850 e il 1855 nasce invece il quartiere delle Cascine, nel triangolo di terreno esterno alle mura e adiacente al parco. Il quartiere è inteso come nuova porta della città, e ha caratteri spiccatamente borghesi. Per realizzarlo viene abbattuto un tratto di mura trecentesche, il primo dalla loro costruzione.