Polanie osiedlili się na terenie dzisiejszego Ostrowa Tumskiego w IX wieku. W rękach Piastów tereny te znalazły się już w I połowie X wieku. W tym także okresie w Poznaniu istniała już świątynia pogańska oraz siedziba książęca. Prawdopodobnie to właśnie w Poznaniu w roku 966 chrzest przyjął książę Mieszko I wraz z najbliższym otoczeniem (w podziemiach katedry poznańskiej odkryto pozostałości wczesnośredniowiecznych mis, być może chrzcielnych). Mieszko I zbudował tu również palatium z przylegającą kaplicą. Gród był wówczas jedną z głównych siedzib książęcych w państwie, a od roku 992, kiedy zmarł Mieszko I, tutejsza katedra stała się miejscem pochówku władców piastowskich. W roku 968 Poznań stał się siedzibą pierwszego polskiego biskupa - Jordana. Nawet po roku 1000, kiedy powołana została metropolia gnieźnieńska, biskupstwo poznańskie utrzymało swoją niezależność od Gniezna (aż do roku 1012). W roku 1038 gród z większością zabudowań został zniszczony w trakcie najazdu księcia czeskiego Brzetysława I. Po śmierci Bolesława III Krzywoustego w roku 1138 Poznań stał się stolicą odrębnego księstwa wielkopolskiego, którym władał Mieszko III Stary i jego następcy. W roku 1253 książę Przemysł I i Bolesław Pobożny lokowali miasto na prawie magdeburskim, co znacznie przyspieszyło jego rozwój. W latach 1295-96 Poznań (obok Gdańska) stał się jedną w głównych siedzib króla Polski, Przemysła II. Po skrytobójczej śmierci tegoż Przemysła w roku 1296, aż do roku 1314 Poznań był przedmiotem posiadania wielu władców: 1296-1300: Władysław Łokietek (w roku 1298 okresowo Henryk III Głogowski), 1300-1305: Wacław II Czeski, 1305-1306: Wacław III Czeski, 1306-1309: Henryk III Głogowski, 1309-1313: synowie Henryka III Głogowskiego. Dopiero w roku 1314 całą Wielkopolskę zdobył Władysław Łokietek i od tamtego czasu Poznań pozostawał w granicach Państwa Polskiego, aż do II rozbioru w roku 1793, kiedy został wcielony do Prus.
Do piastowskich zabytków Poznania zaliczyć należy przede wszystkim katedrę Św. Piotra i Św. Pawła - nekropolię władców polskich (m.in. Mieszka I, Bolesława I Chrobrego, Mieszka II Lamberta, Kazimierza I Odnowiciela i Piastów linii wielkopolskiej). W podziemiach obecnej katedry znajdują się pozostałości zabudowań wcześniejszych (katedra przedromańska i romańska, relikty grobowców pierwszych władców). W pobliżu katedry znajduje się kościół NMP, w podziemiach którego znajdują się pozostałości palatium książęcego i kaplicy. Kolejnym ważnym zabytkiem okresu monarchii jest tzw. "zamek królewski", wybudowany przez księcia Przemysła I, rozbudowany przez jego syna Przemysła II. Faktycznie jednak jest to dawny budynek archiwum z 1783 roku, wzniesiony częściowo na murach zamkowych. Ważnym zabytkiem jest również późnoromański kościół Św. Jana Jerozolimskiego za murami.

Polanie osiedlili się na terenie dzisiejszego Gniezna już w końcu VIII wieku. Rozbudowany i zmodernizowany za czasów księcia Mieszka I stał się gród gnieźnieński siedzibą pierwszych władców piastowskich jako główny gród państwa (na co wskazuje dokument Dagome Iudex z ok. 991 roku). W 1000 odbył się w Gnieźnie zjazd Bolesława I Chrobrego z cesarzem niemieckim Ottonem III, w czasie którego proklamowano utworzenie arcybiskupstwa i metropolii gnieźnieńskiej. W roku 1038 gród z większością zabudowań został zniszczony w trakcie najazdu księcia czeskiego Brzetysława I. Czesi wywieźli wówczas szczątki Św. Wojciecha, a samą katedrę obrabowali. Po śmierci Bolesława III Krzywoustego w roku 1138 Gniezno zostało włączone do wielkopolskiego władztwa księcia Mieszka III Starego. W następnych latach w Gnieźnie rządzili Mieszko III i jego następcy (piastowska linia wielkopolska). Przed rokiem 1249 książę Przemysł I lokował miasto na prawie magdeburskim. Po śmierci króla Przemysła II - ostatniego męskiego przedstawiciela wielkopolskiej linii piastowskiej - w roku 1296, Gniezno było przedmiotem posiadania wielu władców: 1296-1300: Władysław Łokietek, 1300-1305: Wacław II Czeski, 1305-1306: Wacław III Czeski, 1306-1309: Henryk III Głogowski, 1309-1313: synowie Henryka III Głogowskiego. Dopiero w roku 1314 całą Wielkopolskę zdobył Władysław Łokietek i od tamtego czasu Gniezno pozostawało w granicach Państwa Polskiego, aż do II rozbioru w roku 1793, kiedy zostało wcielone do Prus.
Do najważniejszych zabytków epoki piastowskiej należy zaliczyć przede wszystkim archikatedrę Wniebowzięcia NMP - miejsce złożenia szczątków Św. Wojciecha i miejsce koronacji pięciu królów polskich (1025: Bolesław I Chrobry, Mieszko II Lambert; 1076: Bolesław II Szczodry; 1295: Przemysł II; 1300: Wacław II Czeski). W podziemiach katedry można podziwiać pozostałości wcześniejszych świątyń przedromańskiej i romańskiej, natomiast w portalu wewnętrznym kruchty południowej znajdują się romańskie 'Drzwi Gnieźnieńskie' (wykonane za panowania księcia Mieszka III Starego ok. 1170 roku), na których uwidoczniono sceny z życia Św. Wojciecha. Innym ważnym obiektem sakralnym w mieście jest kościół franciszkański, ufundowany przez księcia Bolesława Pobożnego ok. 1270 roku, w którym znajdują się relikwie bł. Jolenty Heleny - żony tegoż księcia.

Istnieją spory w nauce co do początków miasta. Część badaczy utrzymuje, że wzmiankowana już w II wieku p.n.e. przez Ptolomeusza z Aleksandrii osada Calisia to właśnie Kalisz, będący rzeczywiście ważnym ośrodkiem na trasie szlaku bursztynowego. W Kronice polskiej Galla Anonima gród kaliski pojawił się w opisie wojny Bolesława Krzywoustego z bratem Zbigniewem, datowanej na koniec roku 1106. Kalisz miał być siedzibą Zbigniewa, a załoga grodu była mu wierna i próbowała odeprzeć najazd Bolesława (bezskutecznie). Wykopaliska archeologiczne przyniosły jeszcze jedną informację. Na początku wieku XII w Kaliszu znajdowała się mennica Zbigniewa, w której wybijano srebrne denary krzyżowe.
Na mocy tzw. "testamentu Krzywoustego" Kalisz stał się częścią władztwa Mieszka III Starego. Książę ten w roku 1186 przekazał Kalisz wraz z okręgiem swemu synowi Mieszkowi Młodszemu w zarząd. Po jego śmierci w roku 1193, ziemie te uzyskał kolejny syn Mieszka III - Odon. Po śmierci Odona w roku 1194 ziemia kaliska powróciła do Mieszka III. W następnych latach Kalisz często zmieniał swojego właściciela, okresowo będąc stolicą samodzielnego państwa piastowskiego (np. w latach 1208-18 pod rządami Władysława Odonica). Spór pomiędzy Piastami z linii wielkopolskiej i śląskiej (również opolskiej) o przynależność ziemi kaliskiej zakończył się dopiero w roku 1244, kiedy to ostatecznie ziemia ta przypadła władcom wielkopolskim. Przed rokiem 1260 Bolesław Pobożny lokował miasto na prawie magdeburskim.
Ziemia kaliska pozostawała do roku 1296 w granicach państwa wielkopolskiego (w latach 1295-1296 jako Królestwo Polskie pod rządami Przemysła II). Po śmierci Przemysła II w roku 1296, aż do roku 1314 Kalisz był przedmiotem posiadania wielu władców: 1296-1300: Władysław Łokietek, 1300-1305: Wacław II Czeski, 1305-1306: Wacław III Czeski, 1306: Henryk III Głogowski, 1306-1308: Bolesław III Rozrzutny (wrocławski), 1308-1309: Henryk III Głogowski, 1309-1313: synowie Henryka III Głogowskiego. Dopiero w roku 1314 całą Wielkopolskę zdobył Władysław Łokietek i od tamtego czasu Kalisz pozostawał w granicach Państwa Polskiego, aż do II rozbioru w roku 1793.
Pamiątką okresu piastowskiego jest wczesnośredniowieczny gród na Zawodziu (z pozostałościami romańskiej kolegiaty Św. Pawła Apostoła). Kolejnym zabytkiem jest zamek. Powstał on w I połowie XIV wieku z inicjatywy Kazimierza III Wielkiego. Pierwotne założenie zbudowane na planie czworoboku nie posiadało wieży. Pierwsze rozbudowy zamku kaliskiego miały miejsce już w I połowie XV wieku, z inicjatywy Władysława II Jagiełły. Władca ten szczególnie upodobał sobie Kalisz: miał być tu gościem aż 27 razy (!). W następnych latach stanowił siedzibę starosty generalnego. W roku 1383 zamek kaliski był dwukrotnie bezskutecznie oblegany. Po raz pierwszy na początku roku przez księcia oleśnickiego, Konrada II Siwego, a następnie latem przez tego samego Konrada, wspierającego Siemowita IV, księcia płockiego. Niepowodzenia książąt pod Kaliszem miały bezpośredni wpływ na osłabienie ich pozycji politycznej i ostateczne wykluczenie dynastii piastowskiej z ubiegania się o koronę Królestwa Polskiego. Wielki pożar z roku 1537 strawił doszczętnie zachodnie i wschodnie skrzydło zamku. Od tamtego czasu powoli popadał w ruinę, pomimo podejmowanych prób rekonstrukcji. Los zamku przypieczętowały zarówno wojny północne, jak i pożar z roku 1792. Obecnie zamek kaliski nie istnieje. Na jego miejscu od roku 1819 znajdują się zabudowania liceum. W wyniku prac archeologicznych przeprowadzonych w latach 80. XX wieku, odsłonięto i wyeksponowano fundamenty jednej ze ścian.
Do piastowskich zabytków Kalisza zaliczyć należy również ufundowane w połowie XIII wieku przez księcia Bolesława Pobożnego kościoły Św. Mikołaja Biskupa (obecnie katedra) oraz Św. Stanisława Biskupa i Męczennika (franciszkanów), a także pozostałości murów miejskich z czasów Kazimierza Wielkiego.

Fundacja opactwa cysterek w Ołoboku nastąpiła w roku 1213. Jej inicjatorem był książę kaliski, Władysław Odonic Plwacz. Cysterki przybyły ze śląskiej Trzebnicy. W tym też roku nastąpiła konsekracja pierwszego drewnianego kościoła. Obecnie obiekt nie służy już cysterkom. W 1837 roku konwent cysterek w Ołoboku został zlikwidowany przez władze pruskie i większość zabudowań klasztornych została rozebrana (w 1882 roku). Do dnia dzisiejszego przetrwał jedynie kosciół. Jest to założenie późnogotyckie, częsciowo zbarokizowane, pochodzące z przełomu XV i XVI wieku.

Kronika Wielkopolska: Świętopełk zaniedbywał [okazywania] mu [Leszkowi] wiernej uległości i składania danin w należnym czasie. Leszko rozważywszy to i naradziwszy się z Henrykiem Brodatym, księciem Śląska, postanowił zwołać wielkorządców innych ziem swoich dla pokonania wspomnianego wielkorządcy Świętopełka i nakazał, aby w pewnym dniu zeszli się w Gąsawie, opodal Żnina - była to posiadłość ziemska klasztoru w Trzemesznie - dla omówienia z nim spraw dotyczących pomyślności państwa; chciał też odzyskać gród Nakło, który podlegał władzy księcia Władysława Odowica. Świętopełk przybywszy tam ośmielił się wypowiedzieć wojnę panu swemu, księciu Leszkowi. Gdy książę Leszko uchylił się od tej wojny uciekając do wsi Marcinkowo, zdrajca Świętopełk podle zamordował go podczas ucieczki. Potem Świętopełk, najpodlejszy zdrajca, przywłaszczył sobie księstwo na Pomorzu. Działo się to 24 listopada 1227 roku.
Obecnie w miejscu, w którym miał zostać zamordowany książę Leszek I Biały znajduje się pomnik z roku 1973. Pierwszy pomnik ku czci księcia wystawiono w Marcinkowie Górnym w 700. rocznicę jego śmierci (w roku 1927), lecz został on zniszczony przez Niemców w 1940 roku.