Следующей важной вехой в развитии города было дарование 8 ноября 1219 года императором Фридрихом II «Великой хартии вольностей» («Der Große Freiheitsbrief»), расширявшей и кодифицировавшей экономические и политические привилегии Нюрнберга. На их основе началось формирование разнообразных учреждений городского самоуправления. С этого времени Нюрнберг стал «Вольным имперским городом», подчинявшимся только императору. За бургграфом Конрадом III осталось только обеспечение военной защиты Нюрнберга и окружавших территорий. Однако в 1273 году король Рудольф I Габсбург вернул бургграфам судебную власть, что привело к затяжной борьбе между бургграфом и городом. В том же 1273 году титул бургграфов Нюрнбергских был закреплён за Гогенцоллернами по наследству.
К XIII веку относится формирование патрицианской городской республики в Нюрнберге. Вся финансовая, административная и судебная власть в городе находилась в руках ограниченного круга богатых патрицианских семей, к которым принадлежали представители высших слоёв имперского бюргерства и купеческой знати, и из которых формировался Совет и другие учреждения города. Недовольные таким положением члены ремесленных гильдий, поддержанные мелкими торговцами в 1349 году неудачно восстали против патрициев, что привело к запрету на любую самоорганизацию ремесленников, отмене и роспуску гильдий и союзов. Однако, император Карл IV Люксембургский отменил этот запрет, даровав ремесленникам и торговцам право создавать независимые союзы. В том же году Карл IV дал разрешение на снос еврейского квартала для освобождения места для устройства Рыночной площади. В результате противодействия населения гетто и произошедшего пожара погибли 562 из полутора тысяч жителей квартала.
С XI по 1543 год в Нюрнберге часто заседали имперские сеймы (рейхстаги) На Рейхстаге 1356 года была принята и утверждена Карлом IV «Золотая Булла», признавшая прерогативы коллегии семи курфюрстов по выборам короля и утвердившая принцип суверенитета имперских князей в пределах своих владений. Этим же документом каждый новоизбранный император должен был собирать свой первый рейхстаг в Нюрнберге.
Церковь Девы Марии (Фрауэнкирхе) на Рыночной площади Нюрнберга13
В 1415 году бургграф Фридрих VI стал курфюрстом Бранденбурга, а в 1420 году в ходе конфликта с находившемся в союзе с городом герцогом Людвигом VII Баварским, наместник герцога сжёг замок бургграфа. Фридрих VI в 1427 продал городу свой замок, владения в бургграфстве и феодальные права, но в 1449—1453 гг. в ходе «Первой маркграфской войны» сын Фридриха маркграф Альбрехт Ахилл Бранденбург-Ансбахский попытался силой вернуть обратно семейные владения и штурмовал Нюрнберг войском в 7 тысяч человек. Не сумев взять город, Альбрехт Ахилл сжёг много сёл вокруг города.