ในสมัยพระยากาวิละได้นำระบบการปกครองบางอย่างของไทยไปปรับปรุงใช้ที่เชียงใหม่ เช่น การแต่งตั้งพระยาแสนหลวง พระยาสามล้าน พระยาจ่าบ้าน และพระยาเด็กชาย ให้อยู่ในตำแหน่งปฐมอัครมหาเสนาบดี ทั้ง ๔ ทำหน้าที่เหมือนจตุสดมภ์ของไทย คือเป็น เวียง วัง คลัง นา ตามลำดับ โดยถือว่าตำแหน่งดังกล่าวสูงกว่าข้าราชการอื่นๆ ดังตำนานพื้นเมืองเชียงใหม่ระบุว่า “ … มีพระยาแสนหลวง พระยาสามล้าน พระยาจ่าบ้าน พระยาเด็กชายเป็นใหญ่แก่ท้าวพระยาทั้งหลาย …” และการตั้งตำแหน่งวังหน้าและวังหลังเพิ่มขึ้น ซึ่งพระยากาวิละแต่งตั้งให้พระยาอุปราชดำรงตำแหน่ง วังหน้า พระยาบุรีรัตน์ดำรงตำแหน่งวังหลังเป็นครั้งแรก สิ่งเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของไทยในด้านความคิดและแบบอย่างทางการปกครองที่มีต่อเมืองเชียงใหม่
โครงสร้างทางการปกครองของเมืองเชียงใหม่ ประกอบด้วยเจ้าขัน ๕ ใบ ได้แก่ เจ้าเมือง และผู้ช่วยเหลือในการปกครองอีก ๔ ตำแหน่ง คือ พระยาอุปราช พระยาราชบุตร พระยาราชวงศ์ และพระยาบุรีรัตน์ ในทางทฤษฎีตำแหน่งเจ้าขัน ๕ ใบนี้ จะได้รับการแต่งตั้งและถอดถอนจากกรุงเทพฯ แต่ในทางปฏิบัติเจ้านายชั้นสูงในเชียงใหม่จะเสนอชื่อผู้เห็นสมควรจะได้รับตำแหน่งนี้ขึ้นมา โดยทางรัฐบาลกลางที่กรุงเทพฯ จะแต่งตั้งตามที่เสนอมา นับว่าการเมืองภายในเชียงใหม่มีอิสระอยู่มาก
ส่วนหน้าที่ของตำแหน่งเจ้าขัน ๕ ใบ ในระยะแรกซึ่งอยู่ในช่วงสงครามระหว่างไทยกับพม่า จึงเข้าใจว่าหน้าที่หลักคือการควบคุมกำลังรบ แต่ในระยะต่อมาเมื่อราชการสงครามเบาบางลง หน้าที่ของเจ้าขัน ๕ ใบ จึงเปลี่ยนแปลงไปดังมีผู้สันนิษฐานว่า ตำแหน่งอุปราชทำหน้าที่การคลัง เจ้าราชบุตรและเจ้าราชวงศ์มีหน้าที่เกี่ยวกับทหาร และเจ้าบุรีรัตน์เป็นผู้จัดการปกครองภายในเมือง โดยมี เจ้าเมืองเป็นผู้บังคับบัญชาสูงสุดควบคุมกิจการทั่วไป
ตำแหน่งผู้ช่วยราชการของเจ้าเมืองนี้ ในสมัยต่อมาเมื่อราชการขยายออกไปและเจ้านายบุตรหลานก็มีจำนวนเพิ่มขึ้น จึงทำการแต่งตั้งเพิ่มเติมอีกหลายตำแหน่งและหลายครั้งเป็นลำดับดังนี้คือ เดิมนั้นมีเพียงเจ้าขัน 5 ใบ ครั้นในสมัยพระเจ้ากาวิโรรสสุริยวงศ์ (พ.ศ ๒๓๙๙ – ๒๔๑๒) รัชกาลที่ ๔ ทรงโปรดเกล้าฯ ให้เพิ่มอีก ๓ ตำแหน่ง คือ เจ้าราชภาคินัย พระยาอุตรการโกศล พระยาไชยสงคราม ในสมัยต่อมาเจ้าอินทวิชยานนท์ (พ.ศ. ๒๔๑๓ – ๒๔๓๙) รัชกาลที่ ๕ ทรงโปรดเกล้าฯ ให้แต่งตั้งเพิ่มอีก ๓ ตำแหน่ง คือ เจ้าราชภาติกวงษ์ เจ้าราชสัมพันธ์สงศ์ และเจ้าสุริยวงศ์ ราว พ.ศ. ๒๔๓๗ ทรง โปรดเกล้าฯ ให้เพิ่มอีก ๒ ตำแหน่ง คือ เจ้าทักษิณนิเกตน์ และเจ้านิเวศอุดร ครั้น พ.ศ.๒๔๔๑ หลังจากตราพระราชบัญญัติศักดินาเจ้านายแล้ว ทรงโปรดเกล้าฯ ให้เพิ่มอีก ๔ ตำแหน่ง คือ เจ้าประพันธ์พงษ์ เจ้าวรญาติ เจ้าราชญาติ และเจ้าไชยวรเชษฐ
นอกจากตำแหน่งเจ้าขัน ๕ ใบ และตำแหน่งผู้ช่วยเจ้าผู้ครองนครที่แต่งตั้งเพิ่มขึ้นตามลำดับดังกล่าวแล้ว ในการบริหารบ้านเมืองยังมีคณะกรรมการชุดหนึ่งเรียกว่าเค้าสนามหลวง ซึ่งจะประกอบด้วยเจ้านายชั้นสูง ๓๒ คน เข้าใจว่าจะมีเจ้าขัน ๕ ใบ และเจ้านายอื่นๆ เช่น พระยาจ่าบ้าน พระยาสามล้าน พระยาแสนหลวง เค้าสนามหลวงมีหน้าที่เป็นที่ปรึกษาราชการบ้านเมืองของเจ้าเมืองและช่วยเหลือในการบริหารบ้านเมือง มีที่ทำการอยู่ที่คุ้มของเจ้าเมือง ซึ่งเป็นศูนย์กลางของการ ปกครอง ตำแหน่งเค้าสนามหลวงไม่ปรากฏชัดว่าเริ่มมีมาตั้งแต่เมื่อใด แต่ในสมัยรัชกาลที่ ๒ (พ.ศ. ๒๓๕๒ – ๒๓๖๗) ก็ปรากฏว่ามีตำแหน่งเค้าสนามหลวงนี้แล้ว
ส่วนการปกครองในระดับท้องถิ่น จะแบ่งเขตการปกครองออกเป็นตำบลและหมู่บ้าน ตำบลมีกำนัน (แคว่น) ปกครอง หมู่บ้านมีผู้ใหญ่บ้าน (แก่บ้าน) ปกครอง โดยทำหน้าที่ดูแลความทุกข์สุข ทั่วไปแต่อำนาจแท้จริงอยู่ที่เค้าสนามหลวง ทั้งแคว่นและแก่บ้านจะมียศเป็นแสนท้าว หรือพญา ซึ่ง เข้าใจว่าท้องถิ่นที่อยู่ใกล้และขึ้นตรงต่อเชียงใหม่ เจ้าเมืองจะเป็นผู้แต่งตั้ง
การปกครองในส่วนหัวเมือง อาจจะแบ่งเป็นหัวเมืองภายใน และหัวเมืองชายแดน หัวเมืองภายในจะขึ้นโดยตรงต่อเชียงใหม่ เช่น ฝาง เชียงดาว พร้าว เข้าใจว่าเจ้าเมืองเชียงใหม่จะแต่งตั้งคนที่ไว้วางใจไปปกครองและทำหน้าที่เก็บส่วยข้าวส่งฉางหลวง และในกรณีเมืองที่อยู่ห่างไกลจะให้ส่งของป่าหายากแทนการส่งส่วยข้าว ส่วนหัวเมืองชายแดนซึ่งขึ้นเชียงใหม่มีหลายเมือง เนื่องจากเชียงใหม่ในสมัยพระยากาวิละได้ขยายอาณาเขตออกไปอย่างกว้างขวาง ในทางเหนือจดเมืองเชียงรุ้ง เชียงขวาง สิบสองปันนา ส่วนทางตะวันตกสามารถครอบครองหัวเมืองด้านตะวันออกของแม่น้ำสาละวิน เช่น เมืองจวด เมืองทา เมืองต่วน เมืองสาด เมืองหาง หรือที่เรียกว่า “หัวเมืองเงี้ยวทั้งห้า” เมืองเหล่านี้ได้มาด้วยวิธีการ ๒ อย่าง คือ การเกลี้ยกล่อมเข้าไว้ในอำนาจโดยไม่ต้องสู้รบกัน ซึ่งหากไม่ยอมก็จะใช้วิธีการปราบปรามเมื่อปราบสำเร็จก็จะกวาดต้อนผู้คนในเมืองนั้นมา โดยปล่อยให้เมืองนั้นร้างไว้ ขณะ เดียวกันก็ถือว่าเมืองร้างนั้นเป็นดินแดนส่วนหนึ่งของเชียงใหม่และหัวเมืองชายแดนจะปกครองตามธรรมเนียมเดิมของตน