* Ngày 19/8/1945, các đội tiền thân của Lực lượng vũ trang Thủ đô (LLVT Thủ đô) đã làm nòng cốt cho các tầng lớp nhân dân Hà Nội tiến hành Tổng khởi nghĩa giành chính quyền về tay nhân dân ở Hà Nội.
* Ngày 19/10/1946, Chiến khu XI - Tổ chức hành chính quân sự thống nhất của các LLVT Thủ đô Hà Nội được thành lập trên cơ sở Khu đặc biệt Hà Nội.
* Sau khi được thành lập, ngày 19/12/1946, hưởng ứng lời kêu gọi của Chủ tịch Hồ Chí Minh và chấp hành quyết định của Thường vụ Trung ương Đảng, quân và dân Chiến khu XI với tinh thần "Quyết tử để Tổ quốc quyết sinh" đã nổ súng mở đầu cho toàn quốc kháng chiến và từ đó kiên cường chiến đấu giam chân địch trong Thành phố suốt 60 ngày đêm (vượt gấp đôi chỉ tiêu Trung ương giao), tiêu hao, tiêu diệt lớn sinh lực địch, làm thất bại âm mưu đánh nhanh, thắng nhanh của thực dân Pháp, bảo vệ tuyệt đối an toàn Trung ương Đảng, Chính phủ, tạo điều kiện cho cả nước có thời gian chuẩn bị mọi mặt cho cuộc kháng chiến lâu dài.
* Làm nòng cốt cho nhân dân Hà Nội đẩy mạnh đấu tranh vũ trang góp phần đưa cuộc kháng chiến đến thắng lợi. Một số chiến công tiêu biểu:
- Trận đánh sân bay Bạch Mai: Diễn ra vào đêm ngày 17 và rạng sáng ngày 18/01/1950. Trong trận đánh này, ta tổ chức lực lượng tập kích vào sân bay của địch, lực lượng gồm 32 chiến sỹ được lựa chọn từ Tiểu đoàn 108. Kết quả, ta phá hủy 25 máy bay các loại, 60 vạn lít xăng dầu, 32 tấn vũ khí và nhiều trang bị của địch. Đây là một trận đánh điển hình về việc dùng lực lượng nhỏ nhưng tinh nhuệ để đánh các mục tiêu lớn của địch. Trận đánh để lại nhiều kinh nghiệm và thiết thực góp phần vào việc hình thành lối đánh đặc công của quân đội ta sau này.
- Trận đánh ở Khu Cháy (Ứng Hòa): Diễn ra vào hai ngày 18 và 19/6/1951. Lực lượng của ta gồm 2 Đại đội của Tỉnh đội Hà Đông phối hợp với lực lượng chủ lực của Tiểu đoàn 122/Đại đoàn 320 và lực lượng du kích của địa phương. Lực lượng của địch khoảng 10 Tiểu đoàn với nhiều xe cơ giới và súng các loại. Sau 2 ngày chiến đấu ác liệt, ta tiêu diệt gần 3 Đại đội địch, bắt 200 tên và thu nhiều vũ khí. Với chiến công ở Khu Cháy, quân và dân Hà Đông đã được Chủ tịch Hồ Chí Minh gửi thư khen ngợi, động viên.
- Trận đánh sân bay Gia Lâm: Sân bay Gia Lâm là một sân bay lớn của miền Bắc Đông Dương, từ sân bay này, nhiều loại máy bay của địch đi ném bom bắn phá hậu phương của ta và tiếp tế cho các mặt trận của chúng. Sân bay được bảo vệ với lực lượng lên đến 2.000 tên cùng hệ thống đồn bốt, hàng rào thép gai, bãi mìn dày đặc xung quanh. Lực lượng ta tham gia trận đánh gồm 16 đồng chí có nhiều kinh nghiệm trong chiến đấu được tuyển chọn từ Đại đội 8. Trận đánh diễn ra vào đêm ngày 3 và rạng sáng ngày 4/3/1954, với chiến thuật tập kích sau đó nhanh chóng rút lui an toàn, ta đã phá hủy 18 máy bay địch, đốt phá một kho xăng, một nhà sửa chữa máy bay và tiêu diệt 16 tên. Trận đánh sân bay Gia Lâm là trận đánh tiêu biểu dùng lực lượng nhỏ, tinh nhuệ, với lối đánh táo bạo, bất ngờ thọc sâu, đánh hiểm, đạt hiệu suất chiến đấu cao. Trận đánh cũng đã góp phần gây nhiều khó khăn cho địch trong việc tiếp tế, ứng cứu cho tập đoàn cứ điểm Điện Biên Phủ.
* Ngày 10/10/1954, LLVT Thủ đô đã góp phần tích cực cùng với bộ đội chủ lực tiến hành tiếp quản Thủ đô bảo đảm tuyệt đối an toàn, nhanh chóng tiếp quản toàn bộ Thành phố Hà Nội, bao gồm hàng loạt các căn cứ quân sự cùng 129 công sở, xí nghiệp, bệnh viện, trường học được giữ nguyên vẹn.
* LLVT Thủ đô phối hợp với các lực lượng đánh thắng 2 cuộc chiến tranh phá hoại bằng không quân của đế quốc Mỹ. Đặc biệt là trong chiến dịch 12 ngày đêm, từ 18/12/1972 – 30/12/1972. Trong chiến dịch này, đế quốc Mỹ đã huy động tối đa sức mạnh không lực Hoa Kỳ đánh phá hủy diệt Hà Nội. Chúng sử dụng 444 lần chiếc B52, hơn 1.000 lần chiếc máy bay chiến thuật, trong đó có hàng trăm lần chiếc F111, ném khoảng 10.000 tấn bom đạn xuống 4 thị trấn, 39 phố, 67 xã và 4 khu vực đông dân.
Không khuất phục, quân dân Hà Nội phối hợp chặt chẽ với lực lượng Phòng không, Không quân quốc gia kiên cường, dũng cảm chiến đấu bắn rơi 32 máy bay, trong đó có 25 chiếc máy bay B52, 2 F111 và 5 máy bay chiến thuật. Chiến thắng của quân dân Hà Nội đã làm nên một "Điện Biên Phủ trên không", làm tiêu tan huyền thoại sức mạnh không lực Hoa Kỳ. Hà Nội không trở về "thời kỳ đồ đá" mà trở thành "Thủ đô của lương tri và phẩm giá con người", buộc đế quốc Mỹ ký kết Hiệp định Pa-ri "Về chấm dứt chiến tranh lập lại hoà bình ở Việt Nam", cam kết tôn trọng độc lập, chủ quyền, thống nhất và toàn vẹn lãnh thổ của Việt Nam, rút hết quân viễn chinh và quân chư hầu khỏi miền Nam Việt Nam, tạo nên thời cơ chiến lược cho cách mạng Việt Nam tiến tới giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước.
* Ngày 05/3/1979, Bộ Chính trị ra Quyết định số 35/QĐ-TW, Chủ tịch nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam ký Sắc lệnh số 28/LCT thành lập Quân khu Thủ đô Hà Nội (trên cơ sở Bộ Tư lệnh Thủ đô).
* Ngày 18/8/1999, Bộ Quốc phòng ra Quyết định số 1285/QĐ-QP chuyển giao Bộ Chỉ huy quân sự tỉnh Hà Tây từ Quân khu III về trực thuộc Quân khu Thủ đô.
* Trong tiến trình thực hiện Nghị quyết số 15/2008/NQ-QH12 về mở rộng địa giới hành chính Hà Nội, ngày 16/7/2008, Chủ tịch nước ký Lệnh số 16/2008/L-CTN về tổ chức lại Quân khu Thủ đô Hà Nội thành Bộ Tư lệnh Thủ đô Hà Nội; Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng ra Quyết định số 2194/QĐ-BQP ngày 25/7/2008 hợp nhất Bộ chỉ huy quân sự thành phố Hà Nội thuộc Quân khu Thủ đô Hà Nội vào Bộ Tư lệnh Thủ đô Hà Nội; Quyết định số 2192/QĐ-BQP hợp nhất Bộ chỉ huy quân sự tỉnh Hà Tây thuộc Quân khu Thủ đô Hà Nội vào Bộ Tư lệnh Thủ đô Hà Nội và Quyết định số 2196/QĐ-BQP sáp nhập Ban chỉ huy quân sự huyện Mê Linh thuộc Bộ chỉ huy quân sự tỉnh Vĩnh Phúc - Quân khu 2 vào Bộ Tư lệnh Thủ đô Hà Nội.