Sau khi đánh bại vương triều Tây Sơn, tháng 5 năm Nhâm Tuất (1802), Nguyễn Ánh lên ngôi hoàng đế, lấy niên hiệu là Gia Long, chọn Phú Xuân làm kinh đô. Năm 1804, vua Gia Long đổi quốc hiệu là Việt Nam, lần đầu tiên, nhà nước phong kiến Việt Nam quản lý một lãnh thổ rộng lớn kéo dài từ Lạng Sơn đến mũi Cà Mau. Phú Xuân bước vào giai đoạn mới với vai trò kinh đô triều Nguyễn, đời sống nhân dân Phú Xuân có bước chuyển biến mới. Sự ổn định sau khi vua Gia Long lên ngôi đã góp phần phát triển Phú Xuân nói chung và các làng ở bờ Nam sông Hương nói riêng. Đó là tiền đề để các làng ở bờ Nam sông Hương có cuộc sống ngày càng đông đúc, giàu có hơn, từ đó, đã xây dựng cơ sở cho sự hình thành huyện Hương Thủy hơn 30 năm sau dưới thời vua Minh Mạng.
Tháng 4 – 1805, triều Nguyễn khởi công xây dựng Kinh thành. Việc thi công kéo dài 27 năm, đến năm 1832 mới hoàn thành. Nhân lực xây dựng Kinh thành là những người thợ tài giỏi, không chỉ ở Phú Xuân mà còn khắp cả nước được triệu tập. Khi khởi công, ngày 30 – 4 – 1805, có hơn 23 ngàn người tham gia, đông nhất là người thuộc các làng Thừa Thiên với hơn 4400 người. Công trình vĩ đại và kiên cố như kinh thành Huế là kết quả của lao động, sáng tạo của người Việt trên khắp mọi miền đất nước. Chắc hẳn, trong số hơn 4400 người đó có rất nhiều người là người của Hương Thủy về sau.
3 năm sau, năm 1835, triều đình Nguyễn đặt thêm 3 huyện ở phủ Thừa Thiên là Phong Điền, Hương Thủy và Phú Lộc. Từ đây, Hương Thủy chính thức có tên trên bản đồ hành chính của quốc gia. Huyện Hương Thủy lúc đó có 5 tổng, 58 xã thôn. Kể từ khi Gia Long lên ngôi, mở ra triều đại nhà Nguyễn, Huế trở thành trung tâm chính trị của đất nước. Là vùng đất ngoại vi của kinh thành Huế, Hương Thủy góp phần mình vào việc xây dựng và bảo vệ kinh thành Huế.
Vùng đất Hương Thủy được triều Nguyễn quan tâm phát triển. Trước khi thành lập huyện Hương Thủy, vào năm 1808, vua Gia Long địch thân theo dõi, xem xét việc đào sông Dương Xuân. Năm 1814, vua Gia Long cho đào sông An Cựu dẫn nước ngọt từ sông Hương về cung cấp nước cho vùng đồng phía Nam kinh thành. Năm 1821, vua Minh Mạng đổi tên sông thành Lợi Nông. Cũng thời gian đó, triều Nguyễn cho xây thêm đập cửa Thần Phù để ngăn mặn, xây đập Tô Đà, đập Phù Bài, cho đào và khơi thông kênh Châu Ê, kênh Thần Phù và kênh Lang Xá. Việc cho xây dựng hệ thống kênh mương, đập thủy lợi của triều Nguyễn ở Hương Thủy đã giúp mở rộng diện tích canh tác và tăng sản lượng lúa.
Bên cạnh đó, các vùng đất có khả năng xây dựng điền trang cũng được triều Nguyễn khuyến khích xây dựng. Sách “Đại Nam nhất thống chí” của Quốc sử quán triều Nguyễn, phần Phủ Thừa Thiên đã ghi lại: “Năm Minh Mạng, những chỗ đất trống ở nguồn Tả Trạch, nguồn Hữu Trạch, đều đặt đồn điền. Nơi ấy ao chằm ruộng, thú rừng đến ở cả bầy”. Chính sách phát triển đồn điền được triều Nguyễn thực hiện đã cho thấy khả năng phát triển của kinh tế vùng gò đồi, sự tận dụng đất đai ở các thung lũng, các vùng đất dọc khe suối ở đầu nguồn của sông Tả Trạch. Trong đó, có vùng gò đồi ở bờ đông của sông Tả Trạch, tức là vùng đất thuộc xã Dương Hòa và một phần của xã Phú Sơn ngày nay. Đáng kể là một người tôn thất nhà Nguyễn tên là Tôn Thất Nai, thuộc giòng dõi Nghĩa Hưng Quận Vương Nguyễn Phúc Khê (con thứ 10 của chúa Nguyễn Hoàng), đã dẫn gia quyến và tùy thuộc vào vùng đất sau này gọi là Sơn Phèn (ở xã Phú Sơn hiện nay) để khai hoang đất đai, xây dựng đồn điền tổ chức làm ruộng làm vườn, chăn nuôi trâu bò theo chính sách của triều đình nhà Nguyễn.
Nửa đầu thế kỷ XIX, trên đà phát triển, các làng nghề ở Hương Thủy dược củng cố và phát triển. Như làm nón ở Phú Cam, Dã Lê Chánh; nghề rèn sắt, luyện sắt ở Phù Bài; đúc đồng ở Dương Xuân; đan gót ở Dã Lê Chánh; nghề rèn ở xóm Vực làng Thần Phù; trồng dâu dệt vải ở Cư Chánh … Số lượng ngành nghề thủ công khá nhiều đã thu hút nhiều lao động. Có 2 dạng làng nghề đó là làng nghề thủ công dân gian và quan xưởng do triều đình quản lý.
Ở nửa đầu thế kỷ XIX, các lò luyện sắt ở Phù Bài vẫn hoạt động và nghề rèn vẫn còn phát triển mạnh. Đến giữa thế kỷ, Phù Bài thường có chừng 50 lò rèn hoạt động. Nguyên liệu cung cấp cho các lò rèn này lúc đàu chủ yếu là mua ở các lò luyện sắt trong làng, về sau thì có thêm sắt tái chế và mua sắt tốt hơn từ miền Bắc vào.
Sự phát triển kinh tế - xã hội ở kinh thành Huế đã thúc đẩy sự phát triển chung của các huyện, hình thành mạng lưới thương nghiệp. Ở nửa đầu thế kỷ XIX, mạng lưới chợ huyện đã được hình thành ở Hương Thủy. Đó là các chợ như An Cựu, Cam Thủy, Dương Xuân, Thiên Lộc, Lang Xá, Dã Lê Chánh, Dã Lê Thượng, La Sơn, Bằng Lãng, Phù Bài… Hệ thống chợ được hình thành rộng khắp đã thúc đẩy giao lưu mua bán, kích thích sự phát triển kinh tế - xã hội các làng và của huyện Hương Thủy.
Hạ tầng giao thông cũng được triều Nguyễn cho xây dựng, tạo điều kiện thuận lợi cho nhân dân đi lại. Theo sách “Đại Nam nhất thống chí”, phần “Phủ Thừa Thiên”, cho biết: từ năm 1826, triều Nguyễn đã thực hiện “những chỗ đường trạm đi qua, theo sông mà bắc cầu, chỗ nào nươc chảy xiết thì bắc cầu gỗ, chỗ nào nước chảy chậm thì xây đá…”. Riêng năm 1826, đã có 170 cây cầu gỗ hoặc đá đã được xây dựng ở Thừa Thiên. Trong đó, các cây cầu đã được xây dựng ở thời đó như cầu An Cựu, cầu An Vân, cầu Dương Xuân.
Nền giáo dục quốc gia cũng được triều Nguyễn quan tâm. Vua Gia Long từng nói với quần thần rằng “Nhà trường là nơi chất chứa người tài. Trẫm muốn theo phép cổ nhân, đặt nhà học để nuôi dưỡng, làm văn phong dấy lên, hiền tài cùng hưng phát cho nhà nước sử dụng”. Sự quan tâm đó đã tác động mạnh mẽ đến vấn đề giáo dục ở đất Hương Thủy. Trường học huyện Hương Thủy được dựng từ năm Minh Mạng thứ 16 (1835) ở xã Thần Phù, về phía Bắc lỵ sở của huyện. Một số làng cũng chú trọng việc tôn vinh việc học, các công trình liên quan được xây dựng như Văn thánh Dã Lê Thượng, Văn thánh Thần Phù … Một số người Hương Thủy đã đỗ đạt trong giai đoạn này như ông Phạm Văn Huy, làng Thiên Lộc, đỗ Đệ nhị giáp Tiến sĩ khoa Ất Mùi (1835); ông Hoàng Trọng Từ, làng Nguyệt Biều, đỗ Đệ tam giáp Tiến sĩ khoa Mậu Tuất (1838); ông Lê Văn Phả (Phổ), làng Thiên Lộc, đỗ Đệ tam giáp Tiến sĩ khoa Giáp Thìn (1844); ông Hoàng Trọng Nguyên, làng Nguyệt Biều, đỗ Đệ nhị giáp Tiến sĩ khoa Đinh Mùi (1847); ông Lê Bá Thận, làng Xuân Dương, đỗ Đệ tam giáp Tiến sĩ khoa Mậu Thân (1848). Và khá nhiều người đỗ Cử nhân.
Phủ Thừa Thiên là đất kinh sư, vì vậy, được sự quan tâm của triều Nguyễn từ việc giảm thuế vào những trường hợp khác nhau. Là một phần của phủ Thừa Thiên, vùng Hương Thủy cũng không nằm ngoài ưu ái đó. Năm 1816, người dân được triều đình cho mượn thóc vì giá gạo lên cao. Cũng vào năm đó, người dân phủ Thừa Thiên được giảm 50% thuế thân và thuế ruộng. Sau mấy năm thường gặp thiên tai, năm 1812, vua Gia Long ra lệnh lập Sở Dưỡng tế để chăm lo cho những người không nơi nương tựa.
Tuy nhiên, với chính sách của một triều đại phong kiến vốn có cội rễ hơn 200 trăm năm ở Phú Xuân trước khi giành lại được vương quyền, nhà Nguyễn đã áp đặt và thực hiện một số chính sách đi ngược với quyền lợi người dân. Vua Gia Long bắt người dân trả lại cho chủ cũ ruộng đất mà trước đây phong trào Tây Sơn đã chia cho dân. Thực hiện thuế thân và lao dịch nặng nề. Năm 1808, triều đình lệnh cho người dân làng Phù Bài phải đi bắt cọp ở Quảng Trị.
Nhìn chung, nửa đầu thế kỷ XIX, Thừa Thiên nói chung và Hương Thủy nói riêng, tuy có nhiều biến đổi đi lên vì là vùng kinh sư của nhà Nguyễn, nhưng vẫn bộc lộ những dấu hiệu bất ổn.