ช่วงแรกมีการปกครองคล้ายคลึงกับในสมัยสุโขทัย พระมหากษัตริย์มีสิทธิ์ปกครองโดยตรงในราชธานี หากทรงใช้อำนาจผ่านข้าราชการและขุนนางเช่นกัน นอกจากนี้ยังมีระบบการปกครองภายในราชธานีที่เรียกว่า จตุสดมภ์ ตามการเรียกของสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอกรมพระยาดำรงราชานุภาพ[20] อันได้แก่ กรมเวียง กรมวัง กรมคลัง และกรมนา

การปกครองนอกราชธานี ประกอบด้วย เมืองหน้าด่าน เมืองชั้นใน เมืองพระยามหานคร และเมืองประเทศราช โดยมีรูปแบบกระจายอำนาจออกจากศูนย์กลางค่อนข้างมาก[21] เมืองหน้าด่าน ได้แก่ ลพบุรี นครนายก พระประแดง และสุพรรณบุรี ตั้งอยู่รอบราชธานีทั้งสี่ทิศ ระยะเดินทางจากราชธานีสองวัน พระมหากษัตริย์ทรงส่งเชื้อพระวงศ์ที่ไว้วางพระทัยไปปกครอง แต่รูปแบบนี้นำมาซึ่งปัญหาการแย่งชิงราชสมบัติอยู่บ่อยครั้ง เมืองชั้นในทรงปกครองโดยผู้รั้ง ถัดออกไปเป็นเมืองพระยามหานครหรือหัวเมืองชั้นนอก ปกครองโดยเจ้าเมืองที่สืบเชื้อสายมาแต่เดิม มีหน้าที่จ่ายภาษีและเกณฑ์ผู้คนในราชการสงคราม[21] และสุดท้ายคือเมืองประเทศราช พระมหากษัตริย์ปล่อยให้ปกครองกันเอง เพียงแต่ต้องส่งเครื่องบรรณาการมาให้ราชธานีทุกปี

ต่อมา สมเด็จพระบรมไตรโลกนาถ (ครองราชย์ พ.ศ. 1991-2031) ทรงยกเลิกระบบเมืองหน้าด่านเพื่อขจัดปัญหาการแย่งชิงราชสมบัติ และขยายอำนาจของราชธานีโดยการกลืนเมืองรอบข้างเข้าเป็นส่วนหนึ่งของราชธานี[22] สำหรับระบบจตุสดมภ์ ทรงแยกกิจการพลเรือนออกจากกิจการทหารอย่างชัดเจน ให้อยู่ภายใต้ความรับผิดชอบของสมุหนายกและสมุหกลาโหมตามลำดับ นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนชื่อกรมและชื่อตำแหน่งเสนาบดี แต่ยังคงไว้ซึ่งหน้าที่ความรับผิดชอบเดิม

ส่วนการปกครองส่วนภูมิภาคมีลักษณะเปลี่ยนไปในทางการรวมอำนาจเข้าสู่ศูนย์กลางให้มากที่สุด โดยให้เมืองชั้นนอกเข้ามาอยู่ภายใต้อำนาจของราชธานี มีระบบการปกครองที่ลอกมาจากราชธานี[23] มีการลำดับความสำคัญของหัวเมืองออกเป็นชั้นเอก โท ตรี สำหรับหัวเมืองประเทศราชนั้นส่วนใหญ่ไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงการปกครองมากนัก หากแต่พระมหากษัตริย์จะมีวิธีการควบคุมความจงรักภักดีต่อราชธานีหลายวิธี เช่น การเรียกเจ้าเมืองประเทศราชมาปรึกษาราชการ หรือมาร่วมพระราชพิธีบรมราชาภิเษกหรือถวายพระเพลิงพระบรมศพในราชธานี การอภิเษกสมรสโดยการให้ส่งราชธิดามาเป็นสนม และการส่งข้าราชการไปปกครองเมืองใกล้เคียงกับเมืองประเทศราชเพื่อคอยส่งข่าว ซึ่งเมืองที่มีหน้าที่ดังกล่าว เช่น พิษณุโลกและนครศรีธรรมราช[24]

ในรัชสมัยสมเด็จพระเพทราชา (ครองราชย์ พ.ศ. 2231-2246) ทรงกระจายอำนาจทางทหารซึ่งเดิมขึ้นอยู่กับสมุหกลาโหมแต่ผู้เดียวออกเป็นสามส่วน โดยให้สมุหกลาโหมเปลี่ยนไปควบคุมกิจการทหารในราชธานี กิจการทหารและพลเรือนของหัวเมืองทางใต้ ให้สมุหนายกควบคุมกิจการพลเรือนในราชธานี กิจการทหารและพลเรือนของหัวเมืองทางเหนือ และพระโกษาธิบดี ให้ดูแลกิจการทหารและพลเรือนของหัวเมืองตะวันออก ต่อมา สมัยสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ (2275-2301) ทรงลดอำนาจของสมุหกลาโหมเหลือเพียงที่ปรึกษาราชการ และให้หัวเมืองทางใต้ไปขึ้นกับพระโกษาธิบดีด้วย[25]

นอกจากนี้ ในสมัยสมเด็จพระมหาธรรมราชาธิราช (ครองราชย์ พ.ศ. 2112-2133) ยังได้จัดกำลังป้องกันราชธานีออกเป็นสามวัง ได้แก่ วังหลวง มีหน้าที่ป้องกันพระนครทางเหนือ วังหน้า มีหน้าที่ป้องกันพระนครทางตะวันออก และวังหลัง มีหน้าที่ป้องกันพระนครทางตะวันตก ระบบดังกล่าวใช้มาจนถึงสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว[25]