Năm 1790, Nguyễn Ánh cho tiến hành xây dựng thành Bát Quái, là trụ sở của Gia Định kinh. Thành Bát Quái được xây dựng trên cơ sở một thành đất cũ ở làng Tân Khai. Có lẽ vị trí thành đất này thuộc khu vực Đồn Đất ngày nay.
Thành Bát Quái là một thành lũy vào loại lớn nhất ở phía Nam và xây dựng tốn khá nhiều công của. Trịnh Hoài Đức đã miêu tả như sau:
“Ngày 4 tháng 2 năm Canh Tuất (1790) bắt đầu đắp thành Bát Quái. Thành có hình như đóa sen, có 8 cửa. Bên trong có 8 con đường ngang dọc, chiều dài từ Đông sang Tây là 131 trượng 2 thước, từ Nam đến Bắc cũng dài như vậy. Thành cao 13 thước, chân thành rộng 7 trượng 5 thước. Trên thành có chỗ ngồi canh gác hình bác giác gọi là vọng đẩu, ở bên treo một thang dây. trên ”đẩu” có lính gác, tuần phòng nghiêm mật, có sự việc gì thì báo hiệu bằng cách treo cờ vào ban ngày, treo đèn vào ban đêm. Các quân sĩ trong thành cứ trông theo hiệu đó để xin thượng cấp chỉ huy điều binh. Hào thành rộng 15 trượng 5 thước, sâu 14 thước, có cầu bắc ngang qua. Bên ngoài lũy đắp đất chu vi 794 trượng rất là kiên cố, đường bệ” (thành nằm lọt giữa các đường phố hiện nay là Đinh Tiên Hoàng, Lê Thánh Tôn, Nam Kỳ Khởi Nghĩa và Nguyễn Đình Chiểu, thuộc Quận 1 và Quận 3 ngày nay).
Thành được đắp bằng đá tảng Biên Hòa ở những chỗ xung yếu, một số chỗ khác đắp bằng gạch nung và đất. Hệ thống phòng thủ gồm 3 lớp, ngoài cùng là lũy đất, rồi đến hào nước sâu và trong cùng là thành đắp bằng đá.
Có 8 cửa thành mở ra 4 phía.
- Ở phía Nam có .cửa Càn Nguyên và Ly Minh là cửa chính diện.
- Phía Bắc có cửa Khảm Hiểm, cửa Khôn Hậu.
- Phía Đông có cửa Chấn Hưng, cửa Cần Chỉ.
- Phía Tây có cửa Tốn Thuận và Cửa Đoài Duyệt
Cạnh các của quan trọng có trại quân phòng thủ nghiêm mật.
Trịnh Hoài Đức còn miêu tả khá kỹ lưỡng một số vị trí kho, trại trong thành:
- Cuộc Chế tạo ở sau đường Cần Chỉ và Đoài Duyệt. Đây là nơi các thợ bách công chế tạo nhóm họp và trữ sản hóa vật.
- kho tiền bạc ở phía hữu con đường Càn Nguyên và Khảm Hiểm
- Kho đồn điền ở phía tả con đường Càn Nguyên và Khảm Hiểm
- Trại súng ở phía tả trước Cuộc Chế tạo, có 15 gian lợp ngói, trên làm gác bằng ván để khí cụ, phụ tùng của súng.
- Kho Hỏa được (thuốc súng) ở về phía sau trong thành, có 12 gian lợp ngói, xây gạch, có thùng gỗ đựng thuốc để trên gác, người không có phận sự không được ra vào.
Bên ngoài thành có xưởng đóng thuyền gọi là xưởng Chu Sư hoặc xưởng Thủy, nằm bên bờ sông Tân Bình (tức sông Sài Gòn) cách phía đông thành 1 dặm (nay là xưởng Ba Son). Xưởng dài đến 3 dặm. Xưởng Voi ở phía bên ngoài cửa Khảm Hiểm. Trường thuốc súng ở ngoài cửa Khôn Trinh, có hàng rào bằng gai và dụng cự chữa cháy. Ngoài chân lũy đất cửa Khôn Trinh còn có khám đường và ngục nhốt tù. Sứ quán ở cách cửa Ly Minh một dặm phía hữu, …
Các cửa thành nối liền với các quan lộ và đường thiên lý đi về các miền phía Nam và ra Phú Xuân (Huế).
Thành Bát Quái được xây theo kiểu thành Vauban của phương Tây do các kiến trúc sư Pháp và Việt Nam thiết kế như Lebrun, Olivier, Trần Văn Học, …
Nguyễn Ánh đã huy động hơn 30.000 dân phu xây dựng trong nhiều năm hết sức vất vả và tốn kém. Nhiều làng mạc trên cùng đất của thành phải di dời đi nơi khác.