В X–XI вв. Сербия попадает под контроль Византии, и Белградская епископия упоминается в составе кафедр Константинопольского патриархата. Согласно грамоте императора Василия II, в 1019 г. она являлась частью Охридской архиепископии и охватывала значительную область с городами Градац, Ужице, Глава и Бела-Црква, будучи по числу клириков сравнима с такими крупными епархиями, как Нишская или Средецкая. В IX–XII вв. Белградом владели болгары, византийцы, венгры. За обладание этими стратегически важными территориями в XI–XII вв. участились столкновения между Византией и Венгрией, а в середине XIII в. Венгрия образовала в северо-западной Сербии отдельную территориальную единицу – Мачванскую бановину, куда вошёл и Белград с окрестностями; в то время он потерял, по мнению исследователей, статус епископии и был подчинён юрисдикции Сирмийской кафедры (Срема). Белград перешёл в руки сербов в 1284–1315 гг., когда «сремски краль» из династии Неманичей Драгутин (в иночестве Феоктист) получил от шурина, венгерского короля Ладислава, города Мачву и Срем, а также Белград, который он наряду с Дебрцем сделал столицей своего государства. Стефан обновил и расширил Белград, воздвиг замок в крепости и соборную церковь Успения Пресвятой Богородицы. По свидетельству «Цароставника» Даниила II, супруга Милутина, брата Стефана, Симонида посетила святыни «блистательного града» Белграда и поклонилась чудотворной Белградской иконе Божьей Матери. Наивысшего расцвета средневековый Белград достиг в начале XV в., вновь став столицей уже объединённого могущественного сербского государства времён правления Стефана Лазаревича, получившего в 1402 г. титул и венец деспота от византийского императора Иоанна VII Палеолога, а в 1403 г. – Белград с Мачвой от венгерского короля Сигизмунда. Стефан издал грамоту, где говорилось: «Я же, обретши избранное место, древний превеликий Белград, по случаю многих разорений опустевшим, обновил его и поручил Матери Божией, жителям же его даровал многия льготы». По словам его агиографа Константина Философа, «нельзя было найти что-либо подобное как по красоте места, так и по удобству пути водного, на берегу Дуная». Константин описывает широкую и удобную пристань, «красные палаты» с придворной церковью за двойной стеной, мощную крепость верхнего города, перестроенную Стефаном церковь Успения в нижнем городе «с общежитием иноческим», где находилась кафедра митрополии, наделённая «обильными землями и сёлами, чтобы твёрдо стоял престол митрополии», нововозведённую в качестве усыпальницы архиереев церковь во имя Трёх святителей в предместье Периволия, странноприимную больницу у целебного источника «Сладкая вода» с церковью во имя Николая Чудотворца, также одарённую землями и садами, «чтобы имели чем питаться странные и больные». Во всех последующих исторических описаниях и изображениях город на фоне прочих сербских городов всегда выглядел самым величественным и великолепным, «где Рашский (Сербский) владыка имеет свои палаты».