1953年，万里被调进北京，任国家建筑工程部副部长，1956年5月，万里任城市建设部部长。这期间，万里一直参与领导全国的城市规划建设。1957年春，万里陪同邓公视察了大西北、大西南。一个多月的时间里，邓公对城市规划作了许多重要的指示，提出了中肯的批评。

  邓公对万里说：“在你们的规划和建设中，现代化观点、观点、标准化观点都有了，就是缺乏群众观点。”万里虚心接受批评，回去后认真整改落实。万里的表现，获得了老同志、老战友和领导的一致好评。之后没多久，他就改任北京市委书记处书记、北京市副市长。

  建国之初，工业处在十分重要的地位。这天，邓公征求万里的意见，要他担任西南军政委员会的工业部部长。万里表示，他自己不大懂工业，就向邓公推荐了老战友段君毅。就这样，段成了部长，万里任副部长。

  期间，万里努力探索发展社会主义工业的路子。1950年1月，万里召开了一个“关于办好人民自己工厂”的大会。他说，要办好厂子，重要的一点是改革人事制度。以前的人事制度，不是站在发展生产的立场上，有人虽无能，但只要送礼就能升级。而现在不同了，不论什么人，都是凭技能工作，只要有真本事，是会被放在适当位置的。

  其次，万里还表示，办好工厂另一个重要方面是发扬民主作风。为此，万里以“工程师工资比工人高”这一问题，谈了自己的观点：工人同志别认为工程师画一张图纸就能挣得多，心里不服气。可工程师从中学到大学，花了大本钱，掌握了专门技术。没有这些技术，是无法画出图纸的。万里对大家说，以后只有本领大，技术高，才能多得工资。

  从1953年起，万里负责城市规划建设。他有自己的一套想法，在很多问题上都能很好地解决。他认为要把城市规划建设好，人才是关键，他要求大力培养人才。在全国基本建设会议上，他提出在各省、市、自治区的城市建设部门，按照真实的情况各成立一所中等技术学校。随着经验的积累，万里认为在大城市，一个学校已经满足不了需要了。1956年6月，万里到上海调查研究时，要求上海办三个中等技术学校。

  特别值得称赞的是，当中央提出“又多、又快、又好、又省”的建设方针时，万里并没有照搬套在城市规划建设上，在要求民用建筑规划设计上，万里没有提“多”。话说，在当时的环境下，能够提出这样的要求，绝对是有胆识的。

  在规划建设期间，万里还反对过教条主义。有的设计师不按着中国人的生活小习惯，而是硬搬苏联的模式进行设计，有的设计师不调查研究，而是闭门造车。对此，万里批评道：“苏联城市附近有森林，搞森林公园很好，中国城市附近没森林，何必硬搞？”他举了个通俗易懂的例子，苏联人吃西餐，最简单，而中国人就复杂很多。这样一来，要是按着苏联的厨房面积定额，我国就不够用。

  万里要求大家正确对待中苏专家，不可“厚苏薄中”。他表示，上海很多的中国专家，经验也是很丰富的。最后，万里总结，苏联的经验要学，但还必须切实地深入现场做出详细的调查研究。不调查研究就是没有出息的规划工作人员。

  在任上，万里坚决反对过“左”的错误。当时，有人力主上海城市改造不能采取改良主义的办法，一定要采取彻底革命的手段。万里在上海视察时，指出：“这样的提法是不妥当的。”万里表示，上海从生产关系改变的那一天起，已经是社会主义城市了。建筑物谈不上是社会主义或资本主义的问题，只能说是何时的建筑。就这样，避免了一场也许会出现的破坏性行动。

  1957年春，万里陪同邓公视察大西北、大西南。对于邓公提出的“缺乏群众观点”的批评，万里虚心接受，并着手去整改。

  接着，在“省、市、自治区城市建设厅（局）长座谈会”上，万里发表讲话，他说，在城市建设工作上，缺点和错误是脱离实际、脱离群众，没有很好地实事求是地根据本国国情来建设自己的城市。万里称，农民的生活比较苦，情况好的地方每人每年收入百多元，差的如晋北，每人每年只有三十到四十元。如果城市的建设标准过高，农民就会有意见。如果建设中的问题处理不当，发展下去是要栽跟头的。

  对于出现的很多问题，万里主动承担相应的责任。他说，出现的问题，主要由部里的领导负责。对外不要埋怨各个兄弟部，毕竟大家都无经验。这些启发，都是从邓公那里学到的。邓公说过两条，一，不要后悔，因为大家无经验，难免有错误；二，不要埋怨，我们也不是故意搞得。

  1958年，万里接到一个重大任务。中央决定在建国10周年，在北京兴建10个大型建筑，由周总理领导，万里具体负责。其中有个建筑，是要能够容纳万人的大礼堂。那段日子，万里全身心地投入到这些项目当中。

  1959年1月中旬，周总理召集万里等领导谈话，着重强调：“大会堂的安全问题十分重要，它的寿命要比故宫和中山堂长，起码不应少于350年。”周总理让他们务必重视结构安全，否则会在整个世界造成很坏的影响。万里按照周总理的指示，立即组织了一个大会堂结构安全小组，专门负责监督、检查工作。

  同年9月9日，万里陪同毛主席视察大礼堂。当主席听说万里用10个月的时间就完成了比故宫总面积还大的工程，不禁夸赞他：

  接着，毛主席问万里，大家叫这个建筑什么名字？万里说，建设的时候，叫人大礼堂。有人也提出叫人民宫好。毛主席淡淡说了一句，有些封建。这时，万里说有人说叫“全国人民代表大会堂”，但有的人认为名字太长，念着绕口。毛主席笑了笑，表示可以简化一下。当有人问老百姓去哪儿？老百姓说：“去人民大会堂。”就这样，大礼堂有了正式名字——“人民大会堂”。

  特殊年代中期，万里恢复了工作。他发现北京城市建设和管理，存在许多的问题。比如，城市建设工作的安排出现盲目性、局限性。加上放松了管理，以至于出现了一些混乱现象。在万里的领导下，北京重新拟定了建设规划，并加强了管理。当时，在全国起到了一个表率作用。

  1973年，万里被任命为北京市委书记，市革命委员会副主任。之后，万里重点抓了首都的环境保护工作。这天，周恩来接见代表时，想起了北京掏粪工人时传祥，总理问，时传祥到哪儿了？有人回答，时传祥被赶回了山东老家。周总理听后很生气，说应该把他接回来。万里得到指示后，马上把时传祥接回北京，然后送进了医院。万里是第一个去看望他的。

  万里长期在城市规划建设工作岗位上，为人民做了很多实事。他虚心接受邓公的批评，在很多问题上，都会联系到群众。在此过程中，万里的能力也是一流的。他的工作成绩，得到了老百姓、领导们的认可！