宇文愷在工程建築學上最傑出的成就是隋兩京的規劃、營建。楊堅建隋時，位於渭水之濱的漢長安城已經殘破不堪。隋場帝決意在長安附近另建新都，以顯示新朝的氣象和國威。宇文愷經過考察，將新都城址選擇在距漢長安城十幾華里的龍首原南麓。這裡南臨終南山，北枕渭水，東有產、滿二水，西為洋河，並依地形進行了總體設計和每一主要建築的設計。

工程自公元582年（開皇二年）六月開始，至次年正月，只用了九個月時間，就初具規模，遷都於此。這說明工程的規劃、設計、人力、物力的組織和管理都是相當嚴謹和精細的。大興城以後又陸續興建，到宇文愷逝世的第二年，郭城才開始修造。隋大興城規模宏大，規制嚴整，周長七十四里，面積三百四十平方里，約為明清西安城的七點五倍，是古代世界上最大的城垣。全城由郭城、皇城、宮城構成。宮城位於城中心北部，為皇帝生活和辦公的地方。宮城南邊是皇城，又稱子城，是中央官署區。

圍在宮城和皇城東、西、南三面的是郭城，又名羅城，是居民和商業區，十一條南北大街和十四條東西大街，將其分成一百零八個裡坊，整齊有序，交通方便。中軸線上的南北主幹道朱雀大街寬約一百五十米，其他各街的寬度一般也有幾十米，極有氣派。裡坊皆有坊牆圍繞，一般四面開門，只有臨近皇城的坊牆開東西或南北二門，坊內有大街小巷，中設十字街。城中東西兩市各佔兩坊地，是商業手工業店坊的集中地。店鋪按行業分片佈置，相對集中。大興城的興建，是古代中國人改造自然環境的壯舉。其設計佈局是在魏晉時代鄴城、洛陽城基礎上的進一步發展。

其特點：首先是對宮城的防衛加強了。宮城位於城中最高處，城牆高達三丈五尺（約合十點三五米），又有皇城和郭城從三面拱衛，易守難攻。其次是專設皇城，這是以前的都城中所沒有的。這就將國家機關和城市居民分隔開來，使皇城之內整齊肅靜。第三是在城市設計和興建中，充分考慮到環境美化和給排水問題。開鑿了永安、清明和龍首三條渠，引河水入城，經宮苑再注入渭水，渠兩岸植有柳樹。郭城內每條路邊都有排水溝和槐樹，景色宜人，環境幽雅，方便生活。大興城不僅在隋代，而且在後來唐朝的三百年間，都是全國的政治、經濟、文化中心。

洛陽城的修建自公元605年（隋大業元年）開始，不到一年，就初步告藏。其規劃面積遠比大興城為大，實際建成後比大興城小，壯麗與奢侈程度比大興城有過之而無不及。其特點：一是在郭城內比長安城多設一市，反映了此時商業經濟更為繁榮。二是在西苑周圍二百里，修建了華麗壯觀的山湖園面，堂殿樓觀，栽種了從全國各地搜刮來的嘉木異草，養育了無數珍禽異獸。

三是在城附近修建了一系列大型糧倉，保證了京師官民的糧食供給。四是開鑿了一條起自龍門（今山西河津），經長平（今山西晉城）、汲郡（今河南浚縣）、臨清關（今河南新鄉東）、浚儀（今河南開封），直達上洛（今陝西商縣）的環衛洛陽的長塹，加強了都城的防衛。