Vào năm 1483, nhà Lê tiến hành cải tổ quy mô lớn, đổi tên Quốc Tử viện thành Thái Học đường. Trong giai đoạn này, kiến trúc của khu di tích được hoàn thiện với đầy đủ các hạng mục như giảng đường, hội trường, kho chứa ván in sách, và khu ký túc xá (Tam xá) dành cho 300 giám sinh lưu trú. Đây là một tổ hợp giáo dục khép kín và hiện đại nhất khu vực thời bấy giờ, đảm bảo điều kiện tốt nhất cho việc rèn đức luyện tài.
Sự kiện có ý nghĩa quan trọng nhất đối với lịch sử di tích chính là chủ trương dựng bia đá đề danh những người đỗ tiến sĩ. Mặc dù ý tưởng đã có từ năm 1442, nhưng phải đến năm 1484, vua Lê Thánh Tông mới chính thức cho dựng những tấm bia đầu tiên ghi danh các vị đỗ đại khoa từ khoa thi năm 1442 trở đi. Việc dựng bia không chỉ đơn thuần là vinh danh cá nhân mà còn mang mục đích giáo dục sâu sắc: "để kẻ ác lấy đó làm răn, người thiện lấy đó làm cố gắng", đồng thời khẳng định tư tưởng "Hiền tài là nguyên khí của quốc gia".
Các đợt dựng bia tiến sĩ tại Văn Miếu – Quốc Tử Giám gắn liền với từng giai đoạn lịch sử cụ thể. Đợt đầu tiên diễn ra vào năm 1484 với 10 bia, do vua Lê Thánh Tông khởi xướng nhằm tôn vinh trí thức và khuyến khích việc học. Trong thời kỳ triều Lê sơ (1442–1527), có thêm 13 bia được dựng, phản ánh quá trình chuẩn hóa nền giáo dục khoa cử. Đến thời Lê Trung hưng, năm 1653, diễn ra một đợt dựng bia lớn với 25 bia, đánh dấu sự phục hưng văn hóa sau thời kỳ chiến tranh. Đợt dựng bia lớn cuối cùng diễn ra vào năm 1717 với 21 bia, nhằm củng cố giá trị Nho học dưới thời Vĩnh Thịnh.
Hệ thống bia tiến sĩ tại Văn Miếu không chỉ là nguồn sử liệu quý giá về lịch sử giáo dục mà còn là những tác phẩm nghệ thuật điêu khắc độc đáo. Các tấm bia dẹt, trán cong hình vòm, đặt trên lưng rùa đá - biểu tượng cho sự trường tồn và vững chãi. Nội dung các bài văn bia là những áng văn chương mẫu mực, thể hiện quan điểm đào tạo nhân tài và quản trị quốc gia của các triều đại.
Biến động lịch sử thời Mạc và sự phục hưng thời Lê Trung hưng (1527 - 1789)
Sau khi nhà Mạc lên ngôi (1527), mặc dù đất nước lâm vào tình trạng phân tranh Lê - Mạc, nhưng Văn Miếu - Quốc Tử Giám vẫn được duy trì như một trung tâm học thuật quan trọng nhất. Nhà Mạc tiếp tục sử dụng Nho giáo làm nền tảng quản trị và tổ chức các kỳ thi đại khoa một cách đều đặn. Tuy nhiên, do điều kiện nội chiến, việc dựng bia tại Văn Miếu Thăng Long gặp nhiều gián đoạn. Trong cả triều đại, nhà Mạc chỉ dựng được 2 tấm bia: bia khoa 1529 (khoa thi đầu tiên của Mạc Thái Tổ) và bia khoa 1518 (dựng năm 1536).
Khi nhà Lê Trung hưng chiếm lại Thăng Long vào năm 1592, việc học tập tại Quốc Tử Giám được khôi phục mạnh mẽ. Đây là thời kỳ ghi nhận số lượng bia tiến sĩ được dựng nhiều nhất trong lịch sử di tích với tổng cộng 68 tấm. Triều đình đã tổ chức các đợt dựng bia lớn vào năm 1653 (niên hiệu Thịnh Đức) và năm 1717 (niên hiệu Vĩnh Thịnh) để ghi danh những người đỗ đạt trong suốt giai đoạn chiến tranh trước đó.
Năm 1762, vua Lê Hiển Tông cho sửa chữa lại quy mô của Quốc Tử Giám, biến nơi đây thành cơ sở đào tạo cao cấp nhất của triều đình, nơi tập trung các giám sinh ưu tú từ khắp các trấn về kinh sư học tập. Các công trình như Bích Ung đại chung (chuông lớn Bích Ung) được đúc trong giai đoạn này (thời Cảnh Hưng) là những hiện vật quý giá thể hiện quy mô và vị thế của trường đại học quốc gia thời bấy giờ.
Sự chuyển dịch vị thế và dấu ấn kiến trúc thời Nguyễn (1802 - 1945)
Năm 1802, sau khi thống nhất đất nước, vua Gia Long quyết định đóng đô tại Phú Xuân (Huế). Sự kiện này đã dẫn đến một sự thay đổi căn bản trong địa vị của Văn Miếu - Quốc Tử Giám Thăng Long.
Triều đình nhà Nguyễn đã thành lập Quốc Tử Giám tại Huế vào năm 1822 để làm trường đại học quốc gia mới. Tại Thăng Long, trường Quốc Tử Giám cũ bị bãi bỏ; khu vực Thái Học đường trước đây được đổi tên thành khu Khải Thánh để thờ cha mẹ của Khổng Tử (Thúc Lương Ngột và Nhan Thị). Văn Miếu cũng được đổi tên thành Văn Miếu Hà Nội, chỉ còn mang tính chất là một văn miếu hàng trấn (sau này là hàng tỉnh) thay vì là văn miếu quốc gia. Toàn bộ các hạng mục giảng dạy trước đây trở thành học đường của phủ Hoài Đức, mặc dù quy mô bị thu hẹp nhưng vẫn duy trì được tinh thần học thuật của đất Bắc.
Mặc dù vị thế bị hạ cấp, nhưng thời Nguyễn lại để lại một trong những biểu tượng kiến trúc quan trọng nhất tại di tích: Khuê Văn Các. Được xây dựng vào năm 1805 dưới thời vua Gia Long, Khuê Văn Các với kiến trúc lầu vuông tám mái, bốn cửa sổ tròn tượng trưng cho sao Khuê tỏa sáng, đã trở thành biểu tượng đại diện cho nền văn hiến và trí tuệ của thủ đô Hà Nội.
