三星堆第二大期的古城,北依大河鸭子河,南跨小河马牧河,使得城址呈现被河流分割为南、北两区的跨河分布形态。大城南北长1800米至1900米、东西宽800米至2000米,城址平面形态呈北窄南宽、东短西长的梯形,面积约3.6平方千米。城址四周有很厚的城墙和宽大的壕沟,城墙用土斜向堆筑,墙体一般由主城墙和内、外侧墙三部分组成,墙基宽四十馀米,顶部现存宽度约二十馀米。东城墙现存约1090米,南城墙现存约1150米,西城墙现存约650米,北城墙原先可能兼有防洪的功能,现已被鸭子河水冲毁,无踪迹可寻(考古学家前不久在遗址北部发现的两段疑似城墙,距离鸭子河还有一段距离,且其北面还有同时期文化堆积丰富的区域“西泉坎”等,可能并不是大城的北城墙)。大城东、西、南三面城墙上各有若干缺口,其中有的缺口可能是城门所在,但目前还难以确定。在这些缺口中,大城西城墙上的一个缺口最值得注意,这个缺口与西城墙外的城壕相连,缺口处泥沙和卵石堆积很厚,很可能是古马牧河入城的“水门”所在。当初穿城而过的河流从这里入城,而不是从大城西南角入城的,现在马牧河的河道是洪水改道后的结果。
根据城内残存的内城墙遗迹,目前已知在大城的北部中央,有一道南北纵向的城墙和城壕将整个城址划分为东、西两部分。这样,东西贯穿全城的河流和南北贯穿全城的墙濠,把整个三星堆城址划分为四个区域,其中西北区沿着马牧河北岸还筑有城墙,使之构成一个封闭的西北小城,城的中央偏北有高达3米的人工土台“青关山”,土台上有土木构筑的大型宫殿建筑,已发掘的一座建筑东西长达65米,南北宽约十六米。从青关山的宫殿建筑遗迹,结合先前在西北小城东部出土的多种形式的瓦件,可以判断西北小城是三星堆城最重要的“宫城”,是该城中心行政区的所在。与西北小城相对的西南小城,虽受马牧河水破坏较严重,但从保存下来的三星堆地点的两个器物坑以及坑内埋藏的具有浓厚宗教祭祀色彩的器物来看,西南小城很可能是三星堆人举行祭祀活动的场所,是该城的宗教区。在大城的东北部,近年来也确认存在一座规模较小的东北小城,该小城在三星堆第二大期偏晚阶段才营建,从城内出土较多的玉器残器来看,这里有可能是以手工业作坊等为主要功能的区域。此外,在西城墙外的仁胜村,还发现有分布密集而有序的成片墓葬,这里应当是三星堆遗址的一处重要的墓葬区。
三星堆的城邑位于一条大河南岸,城中央另有一条河流横贯,将城内空间划分为南北两部分,城邑的功能分区呈现河北为世俗区而河南为宗教区的空间格局。除此以外,贯穿全城南北的内城墙将大城划分为东西两城,以分隔城内不同社会等级和职业的社群。城市因而形成南、北上下城区,东、西并列双城的城市结构。三星堆古城的规划思想和文化传统,对以后古蜀国的都城,乃至于秦汉帝国的都城规划都有很大的影响。金沙村遗址和战国时期的成都城,都是将城市规划在一条宽阔的河流岸边,却另有一条稍小的河流从西向东穿城而过,将都城划分为南、北两个城区。城的北区布置宫殿等世俗建筑,城的南区安排神庙等宗教祭祀场所,突出表现人与神分离的二元思想。横贯城市中间的河流,既起着分隔世俗之人与神职人员功能区的作用,也起着联系河北面人的空间与河南面神的空间的纽带作用。这实际上就是有学者所说的“象天法地”的都城规划。秦国的都城咸阳在渭河北岸,也先后建有旧、新咸阳城,前者是秦孝公时营建的咸阳都,后者则是秦始皇仿效六国宫殿陆续增筑的宫殿区,他还将咸阳城区扩展到渭河南岸,形成了河流横贯大咸阳的都城格局。由于秦始皇不断神话自己,将自己视为三皇五帝的升华,追求神仙方术和长生不老,故他将原先古蜀国“象天法地”的都城规划移植至咸阳,更强化了天而弱化了地,变“象天法地”为象征天汉。古文献记载的成都“与咸阳同制”(晋常璩《华阳国志·蜀志》),秦咸阳的形态是“端门四达,以则紫宫;渭水贯都,以象天汉;横桥南渡,以法牵牛”(《初学记》卷七地部下引《三辅黄图》),就是这种规划思想的产物。