北京的地势是西北高、东南低。西部是太行山余脉的西山，北部是燕山山脉的军都山，均属昆仑山脉，处于龙脉上，两山脉在南口关沟相交，形成一个向东南展开的半圆形大山弯，它所围绕的小平原是由永定河、潮白河和拒马河等河流冲积而成。
综观北京地形，依山襟海，形势雄伟。诚如古人所言：“幽州之地，左环沧海，右拥太行，北枕居庸，南襟河济、俯中原，诚天府之国”。山湾环抱的北京平原，东临辽碣，西依太行，北连朔漠，背扼军都，南控中原。在地理格局上，“山环水抱必有气”的北京，是理想的都城。
自金代营建中都城开始，经元、明、清三朝的建设发展，已经有八百多年的都城史了。特别是清代，北京城发展到鼎盛，宫殿、皇家园林、街坊和道路建设完备，城市布局成熟完善。
城廓有四重，最里面的是宫城，也就是人们常说的紫禁城，南北长960米，东西宽760米，面积达72万平方米。宫城设置八门，南五门，东、西和北面各一门，宫城周围有护城河，称为筒子河，宽达52米，水深6米。
皇城在宫城之外，周长十八里有奇，缺其西南角，南北长2.75千米米，东西宽2.5千米，面积687.5万平方米。东部为宫城，西部为西苑，中部为太掖池，皇城有六门。
再往外就是内城，周长45里，九门，东西长6.65千米，南北宽5.35千米，面积35.57平方千米。正南为正阳门（即前门），左崇文门，右宣武门；东之南为朝阳门，北为东直门；西之南为阜成门，北为西直门；北之东为安定门，西为德胜门。
外城位于内城之南，长二十八里，门七，东西长7.95千米，南北宽3.1千米，面积24.49平方千米。内、外城面积合计为60.06平方千米，大于明初的南京城，在中国首都中，仅次于唐长安城、北魏洛阳城为第三大城。
北京自古就有“燕京八景”之所，其实到了清代，秀丽风景和名胜古迹之处，多不胜数。特别是永定门之南二十里外的南苑，还有以三山五园为代表的西郊园林风景区，三山是万寿山、玉泉山和香山，五园是圆明园、静明园、静宜园、杨春园和清漪园，共有园林景色一百单八处。
在人们的印象中，清代的京城是天下最美丽的城市，是人人向往的都城。然而，事实并非如此，市容环境和卫生极差，道路不平，沟壑污秽不堪，城墙破损，还有许多破烂不堪的房屋。
除了正阳门外是石砌的道路外，其他的街巷都是土质道路，风沙天气和阴雨天气都对环境造成污染。天晴则沙深埋足，尘细扑面；阴雨则污泥满地，臭气薰天。因而，无论是长居于京城的人，还是外来的士子官僚、商人，对此都有极为深刻的感触和无奈。
这种土质道路所造成的环境污染，在明清时期的城市中相当普遍，一方面是砖石道路太昂贵，国库难支；另一方面是管理不善。
对于街道的管理，明清两代均设有街道厅，隶工部管辖，负责对损坏的街道及污秽状况修缮和整理。道光末年，国库亏损，再加上战乱不断，已经没有能力整饬了。
李书星未登基前，就想对改善京城的卫生条件和整治环境了，打算造就一个风景美丽、适合居住的大都城。他走遍了京城内外百里方圆，转遍了所有的河流和道路，考察了各种城市基础设施。登基后，召集了全国各地的工匠、水利专家、建筑专家、园林专家和风水专家，研究都城改造方案。
李书星之所以要大规模的改造京城，主要有几方面的原因：
一是保护人才。除了直隶、山东和江苏北部外，全国各地都在闹暴动，人口伤亡极大，其中不乏身怀奇能的人才，李书星想通过这种方式保护他们，让优秀的中华精髓得以传承。
二是保护名胜古迹等文化。战争的灾难不单单是人口和经济损失，还有一些不能用金钱来衡量的文化传统，如果不能妥善保护和修缮，将会造成无法弥补的遗憾。
三是出于环境保护，改善生存条件。随着人口的增加，生活所依赖的原料越来越匮乏，树木被大量砍伐。因而造成水土流失，河道决口，灾害频繁发生，生存环境遭到严重威胁。
四是出于政治目的。大规模的改造都城，给国民吃一个定心丸，稳定人心，表明朝廷安如磐石，国力强盛，有能力消除国内的叛乱，恢复和平稳定的局面。另外，给战争难民提供一个务工的机会，让他们的生活得到保障，有了活下去的希望，避免误入歧途，被那些乱军吸纳。
最后，是为了刺激经济发展。因为李书星的新政和移民政策，京城已经十室九空，人口匮乏，对城市发展不利。为了吸引天下商家和人才，有必要把京城打造成最安全、最发达和最富有的城市。
通过三年的和考察和规划，数十人的专家团终于拿出一份详细的整改方案，内容涉及城区划分、河道明渠整改、地下排水系统整改、道路交通整改和居民房屋改造等方面。
交通道路是一个城市的经脉，贯穿着都城的各个角落，连通全国各地。清代北京城以通向各城门的街道最宽，为全城的主干道，大都呈东西、南北向，斜街较少，皇城两边的中城地区街巷最为密集，达三百余条。
李书星规划了五条环城公路，沿着城外护城河的一圈是二环，从二环向外约十里是三环路，南苑北门（即大红门）外为四环，再往外就是五环。环路的宽度为三十七步（清代五尺为一步，一步合1.6米），路基宽度为二十五步，两侧各有六步的绿化地带，种植树木和花草。路面材质采用刚试验成功的水泥，这种新型建筑材料花费了朝廷不少财力和人力。
水泥发明于1824年，由英国建筑工人阿斯普丁研制成功，并取得了波特兰水泥的专利权。它具有优良的建筑性能，基本上和现代的普通水泥相差无几。还有一名英国水泥天才强生，也发明了同样性能的“英国水泥”。
李书星让驻扎在英国的军情局特工和使臣，通过各种方式弄到水泥配方，并收集到生产细节和使用方法，然后通过不断的试验，最终于中兴元年获得成功。因为生产设备和生产工艺方面的局限性，产量一直上不去，这一次京城改造，极大的刺激了水泥的生产和发展。
城内外的主干道拓宽为二十六步，小街道仍然为十二步，两侧同样有绿化带，路面也是水泥材质。但是，南北中轴线上的正阳门御道，向南向北延伸到五环路，路基宽度拓展为二十五步，两侧绿化带各有六步，材质用特质的石板铺就。
另外，把T型广场改造成宽南北长900米，东西宽500米的大广场，天安门外修建一条宽度为六十五步（104米）的大道，向东向西延伸到城外的五环路，东西两面城墙上，增建三门洞的城门。
随着城市道路的整改，污水处理系统和地下排水系统将不可避免，清代皇宫大内的排水系统最为完善，无论遇上多大的暴雨，都不会出现积水的情况发生。
污水处理系统主要排泄粪便的，采用烧制光滑的陶管道，直径三尺，主管道位于街道两侧，支管道连结到城内各家各户，最总流向内城九门附近的污水处理站。深埋地下五尺，相隔百米建有竖井，用于疏通维护，上加铁制井盖。
排水系统主要分为地上明沟排水和地下暗道排水两部分。当大雨来临时，高处的水顺势流入城内河流，或通过道路两侧的“钱眼”状镂空石板排入地下水道，最后流入护城河。
京城的另一改造热点就是河道治理和环境保护，一百几十年前的北京河道纵横，湿地极多，有自然形成的，也有人工挖掘的。因而，空气并不像现在那么干燥，稍加注意保护和治理，大有江南水乡的味道。
李书星要求，在着五环路外建立一道森林湿地防护带，宽度为四里。如同一条绿色长城，既能阻挡外界的风沙，又可以保持水土，还可以形成休闲娱乐的带状公园。大致范围是依据河流而建，南面与南苑相连，西面位于永定河两岸，西北角连接三山五园风景区，北面是清河两岸，东面是温榆河一带。
这些河流及五环内的所有小河流都要清淤，堤岸用石块和水泥修筑，两岸以花草树木绿化。特别是外城的护城河，成为治理的重点，岸顶距水面八米左右，水深约为四米。河道截面成梯形，河底宽度为三十米，上口宽度为四十米。
护城河修有石材质的护栏，制作精美，两岸栽种垂柳，植花种草，形成绿化地带。每隔二百米设台阶一处，便于人们沿台阶下到平台，每隔五百米设一码头，便于船只停靠，供游人从平台下到码头平台接近水面。
护城河距离城墙二十米，其外侧是一百米的环城绿化带，依据周围的环境，或者建立亭楼，或者建立小憩广场，力求达到完美。
整个工程预先投入为八千万两白银，根据实际情况，逐年分批投入资金，工期为六年。为了加快进度，大规模的招募灾民、流民、难民和各地闲散劳力，总计有三百多万人，工匠达十多万人。
李书星带着后妃和大臣一同移驾到圆明园，京城改造工程就此拉开序幕。
