Tras la conquista de la ciudad en 1238, parte de la población la abandona, a pesar de ello los musulmanes siguen siendo el grupo más numeroso, al menos hasta 1300, año en el que se calcula que se alcanzó la igualdad numérica entre cristianos y musulmanes, en gran parte gracias a la expulsiones debido a las revueltas de 1248-1258 y 1276-1277. El proceso de colonización se conoce gracias al Llibre del Repartiment, un inventario en el que se refleja el territorio conquistado y su división entre los nuevos pobladores.
La ciudad de Valencia fue dividida en distritos según la procedencia de los pobladores, que en su mayoría fueron integrantes del ejército conquistador, destacando el barrio de Barcelona y el de Teruel entre los peninsulares, y el de Montpellier en el caso de los voluntarios europeos. Aunque la mayoría de los colonizadores proceden de territorios aragoneses y catalanes, se sabe que hubo soldados llegados de toda la península y de fuera de ella, desde Francia, Italia, Inglaterra e incluso Hungría. Las mejores casas y las grandes fincas de la periferia, pertenecientes a la aristocracia musulmana, fueron entregadas a los nobles, en el caso de las alquerías la entrega incluye a los habitantes como mano de obra. El reparto fue controlado firmemente por la monarquía, para impedir que algunos nobles acumulen grandes patrimonios que les permitan rivalizar con la corona.
Se distinguen dos modelos de colonización: en la zona de la huerta de Valencia pervive el modelo de ocupación antiguo, con pequeños asentamientos dispersos por el territorio y algunas ciudades de gran tamaño, como es el caso de Valencia. En cambio, en el sur del reino, donde se encuentra la frontera con los territorios aún dominados por los musulmanes, el modelo de repoblamiento se basa en la utilización de criterios militares, formándose asentamientos más grandes y fortificados, favoreciendo una mayor concentración de la población.
La repoblación implica la construcción de un nuevo modelo socio-económico prácticamente desde cero, los artesanos de un oficio específico se concentran en una misma calle, un sistema que con el tiempo impulsará la creación de los gremios. A principios del siglo XIV el territorio valenciano experimentaba un gran crecimiento que todavía no explotaba todo el potencial que podía ofrecer. Para entonces la ciudad de Valencia contaba con unos 25.000 habitantes, y el continuo asentamiento de nuevos pobladores contribuía al dinamismo y crecimiento económico.
El crecimiento sufrió un estancamiento a mediados del siglo XIV cuando el reino de Valencia fue afectado por una serie de desastres, empezando por la peste negra, cuyas primeras manifestaciones se han datado en mayo de 1348. La epidemia coincidió con el conflicto entre la nobleza y la corona, en la que ambos tratan de aumentar su poder a costa del otro y que en ocasiones acaba provocando luchas entre sus partidarios. Los brotes de peste se producen, con variaciones ocasionales, una vez cada década, afectando a la dinámica repobladora: cada vez llegan menos colonizadores desde el extranjero, y su lugar lo ocupan los habitantes de las regiones interiores del reino, provocando así que unas pocas comarcas y las principales ciudades incrementan notablemente su población mientras que las regiones con menos recursos pierden a un importante porcentaje de sus habitantes y su crecimiento se estanca. La ciudad de Valencia fue la más favorecida por estas migraciones internas, en 1361 ya había recuperado la población perdida por la epidemia, y a inicios del siglo XV alcanzó los 36.000 habitantes.