En novembre 1873, Francis Garnier, explorateur et officier de marine, prend la citadelle de Hanoï et il est tué pendant les combats. La colonisation est stoppée pendant plusieurs années. C’est à l’arrivée au pouvoir d’hommes politiques favorables au projet colonial, comme Léon Gambetta, Jules Ferry et Félix Faure que la conquête du Tonkin est de nouveau mise en avant. En 1881, un budget est voté par le cabinet Ferry. En mars 1882, le commandant Henri Rivière, a pour mission de faire appliquer le traité de 1875. La citadelle de Hanoï tombe une seconde fois aux mains des Français, un traité de paix est signé par la dynastie des Nguyen en 1883 et 1884, qui établit la présence française dans le Tonkin pendant soixante ans. Par cette ordonnance royale du 3 octobre 1888, Hanoï est cédée en toute propriété à la France.

Hanoï va se transformer, c’est le début d’un urbanisme colonial. Des villas et des bâtiments sont construits suite à la destruction d’habitats anciens. Une pagode bouddhiste datant du 11e siècle est détruite pour permettre la construction de la cathédrale Saint-Joseph. La citadelle impériale est rasée pour laisser place à des bâtiments militaires. Toutes ces modifications effacent l’histoire de la ville et montrent la puissance française et le mépris colonial. Entre 1900 et 1920, un quartier français est construit, censé donner des airs de Paris à la capitale de l’Indochine française.

Hanoï a joué un rôle important dans la contestation du régime colonial dès les premières années de la colonisation. Le 10 octobre 1954, après la défaite française de Diên Biên Phu et les accords de Genève (20 juillet 1954), l’armée populaire de libération entre dans la ville.