Mặc dù Khu di tích lịch sử, kiến trúc, nghệ thuật và khảo cổ Cổ Loa đã được công nhận Khu di tích quốc gia đặc biệt nhưng công tác bảo tồn và phát huy giá trị khu di tích này đang gặp nhiều khó khăn.
Hiện nay, đoạn thành Trung và thành Ngoại đang bỏ trống nhưng chưa thể trồng cây xanh tạo cảnh quan, không gian và chống xói mòn do chưa có quy hoạch chi tiết.
Cũng vì chậm quy hoạch nên khoảng 2.000 hộ dân sinh sống trong bán kính 50m quanh cách các công trình quan trọng của di tích vẫn chưa được di dời.
Ngoài ra, công tác bảo tồn và phát huy giá trị Khu di tích lịch sử, kiến trúc, nghệ thuật và khảo cổ Cổ Loa chưa nhất thể hóa khâu quản lý.
Trung tâm bảo tồn di sản Thăng Long-Hà Nội hiện chỉ quản lý đền thờ vua An Dương Vương, đình Ngự Triều Di Quy, am thờ công chúa Mỵ Châu và nhà trưng bày. Các di tích còn lại, ba vòng thành và di tích khảo cổ do xã Cổ Loa trực tiếp quản lý. Vì vậy, việc phát hiện và xử lý sai phạm trong khu di tích còn chưa triệt để.
Khắc phục những khó khăn này, Trung tâm bảo tồn di sản Thăng Long-Hà Nội đang phối hợp với các cơ quan hữu quan hoàn thành Quy hoạch tổng thể bảo tồn, tôn tạo và phát huy giá trị Khu di tích thành Cổ Loa.
Trung tâm phối hợp với Viện Quy hoạch kiến trúc đô thị nông thôn nghiên cứu khu vực đưa dân ra ngoài và khu vực giữ nguyên. Tuy vậy, việc di dời chỉ tập trung vào một số lượng hộ dân nhất định, không di dời tất cả để giữ được không gian làng mạc truyền thống tại khu di tích.
Song song với công tác bảo tồn, để phát huy giá trị khu di tích, các cơ quan liên quan đang tập trung vào công tác xây dựng, kết nối Cổ Loa với các trọng điểm du lịch trong vùng để thu hút ngày càng nhiều du khách. Đó là cụm Vân Trì-Cổ Loa, tuyến Cổ Loa-Đền Sái-rối nước Đào Thục-làng nghề Vân Hà, Liên Hà-địa đạo Nam Hồng với sản phẩm du lịch chính là văn hóa, lịch sử, làng nghề.