In de 12e eeuw wordt er een zeedijk aangelegd om het Schieland en Delfland te beschermen tegen de Noordzee, die hier in de monding van de Maas vrij spel heeft. Deze dijk, Schielands Hoge Zeedijk, volgt het tracé Westzeedijk – Schiedamsedijk – Hoogstraat – Oostzeedijk – Groenedijk. Halverwege de 13e eeuw wordt in de Rotte een dam gelegd op de plek waar de Hoogstraat de Rotte kruist. Rond deze dam ontstaat een nederzetting waar men in eerste instantie leeft van visserij. Al snel wordt het ook een handelsplaats en ontstaan de eerste havens, zoals de Oude Haven en het Haringvliet.

Op 17 maart 1299 krijgt Rotterdam stadsrechten van Jan I van Holland, naar model van die van Beverwijk. Dit is een onderdeel van de politieke strategie van zijn voogd Wolfert van Borselen, die de positie van de Van Avesnes in de regio wil verzwakken, en ook op financieel gewin uit is. In het verleden werd er algemeen van uitgegaan dat die stadsrechten nog datzelfde jaar, na de dood van Wolfert van Borselen én Jan I, worden herroepen door de nieuwe graaf, Jan II van Avesnes, maar die visie is niet meer algemeen gangbaar.[1] Hoe het ook zij, op 7 juni 1340 verleent graaf Willem IV van Holland, tegen betaling, (opnieuw) stadsrechten. Om de stad worden grachten gegraven: langs de Coolvest en Warande. Er worden, na toestemming van Albrecht van Beieren, stadswallen aangelegd, die in 1360 de toen nog kleine stad ommuren, met de stadspoorten Goudse Poort, Delftse Poort, en Schiedamse Poort. Later wordt de vesting verkleind van Warande tot Goudsesingel. Na enige tijd wordt de vesting weer uitgebreid met de Waterstad, het gebied tussen Hoogstraat, Schiedamse Singel en de Boompjes.

Jonker Frans (van Brederode) heeft tijdens de Hoekse en Kabeljauwse twisten tussen 1488-1490 voor Rotterdam een belangrijke rol gespeeld. Door de oorlogen was de positie van Rotterdam als zijn uitvalsbasis in vergelijking met de omliggende steden enorm versterkt. Zo had het nabijgelegen Delft door hem al zijn schepen verloren en Gouda de helft van de huizen. Dankzij Jonker Frans werd Rotterdam definitief een stad van betekenis in Holland.

Tussen 1449 en 1525 bouwt men de laat-gotische Laurenskerk. In het middeleeuwse Rotterdam is dit het enige stenen gebouw. Het is een ambitieus project, Rotterdam bestaat in die tijd uit ongeveer 1200 huizen. De Rotterdammers willen wedijveren met omliggende, grotere steden als Delft (met Delfshaven), Dordrecht en Schiedam.

In 1563 valt het oosten van de stad ten prooi aan een grote stadsbrand.

In 1572 werd Rotterdam geplunderd door troepen van de stadhouder van de Spaanse koning, Maximiliaan van Hénin-Liétard, graaf van Bossu. In 1573 kiest de stad de kant van de Opstand. De stad had toen ongeveer 10.000 inwoners. Aan het eind van de 16e eeuw laat Johan van Oldenbarnevelt, die van 1576 tot 1586 raadpensionaris van de stad was, de Rotterdamse haven verder uitbouwen, waardoor de grondslag wordt gelegd voor de belangrijke plaats die deze stad zich in de zeehandel zal verwerven. Bij de volkstelling van 1622 was het aantal inwoners gegroeid tot ongeveer 20.000. Tegen het eind van de 17e eeuw zouden het er zelfs 50.000 zijn.

Desondanks breidde de stad zich niet uit buiten zijn wallen en singels. De min of meer driehoekige ruimte tussen Coolsingel, Goudsesingel en de Nieuwe Maas bedroeg niet meer dan 140 hectare, dus de stad was werkelijk overbevolkt. Pas na 1825 zou zij zich buiten deze enge grenzen gaan uitbreiden.

Door het plaatsen van een standbeeld van Hendrick de Keyser wordt in 1622 een van Rotterdams beroemdste zonen, Erasmus geëerd. Dit beeld, het oudste bronzen standbeeld van Nederland, staat nog altijd naast de Laurenskerk.