3. เมืองพระยามหานคร เมืองพระยามหานครเป็นหัวเมืองชั้นนอก ห่างจากราชธานีออกไปมากกว่าเมืองลูกหลวง พระมหากษัตริย์จะทรงแต่งตั้งผู้เหมาะสมและมีความสามารถไปปกครองดูแล เมืองเหล่านี้ขึ้นตรงต่อพระมหากษัตริย์ มีวิธีการปกครองลักษณะเดียวกับเมืองชั้นใน เมืองพระยามหานครในสมัยพ่อขุนรามคำแหงมีหลายเมือง เช่น เมืองพระบาง (นครสวรรค์) เมืองเชียงทอง(ตาก) เมืองบางพาน (กำแพงเพชร) เมืองบางฉลัง (กำแพงเพชร) เป็นต้น
4. เมืองประเทศราช เมืองประเทศราช ได้แก่ เมืองทีอยู่นอกอาณาจักร ชาวเมืองเป็นคนต่างชาติ พระมหากษัตริย์สุโขทัยทรงดำเนินนโยบายปกครอง ให้ชาวพื้นเมืองเป็นกษัตริย์หรือเป็นเจ้าเมืองปกครองกันเอง โดยไม่เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับการปกครองภายในยกเว้นกรณีที่จำเป็นเท่านั้น ยามปกติเมืองประเทศราชต้องส่งเครื่องราชบรรณาการ(ส่วย) มาถวายต่อพระมหากษัตริย์สุโขทัยทุกปี ยามสงครามจะต้องส่งกองทัพและเสบียงอาหารไปช่วย สมัยพ่อขุนรามคำแหงมีเมืองประเทศราชหลายเมือง คือ
ทิศเหนือ ได้แก่ เมืองแพร่ เมืองน่าน
ทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ เมืองเช่า (หลวงพระบาง) เมืองเวียงจันทร์
ทิศตะวันตก ได้แก่ เมืองทวาย เมืองเมาะตะมะ เมืองหงสาวดี
ทิศใต้ ได้แก่ เมืองนครศรีธรรมราช เมืองมะละกา เมืองยะโฮร์
หากวิเคราะห์วิธีแบ่งเขตการปกครองในสมัยพ่อขุนรามคำแหง โดยจัดให้มีเมืองลูกหลวงวงล้อมกรุงสุโขทัยอันเป็นเมืองราชธานี จะมีลักษณะเป็นเสมือนกำแพงชั้นที่ 1 ส่วนเมืองพระยามหานครเป็นเสมือนกำแพงชั้นที่ 2 และเมืองประเทศราชเป็นเสมือนกำแพงชั้นที่ 3