Lindhagen blev från 1864 och till sin död den ledande gestalten i det stora projektet med att förvandla småstaden Stockholm till en storstad i det att han utformade den så kallade Lindhagenplanen. Även om hans planer över Stockholm aldrig fullbordats i sin helhet bör stjärnplatserna Karlaplan och Stureplan tillskrivas Lindhagens vision.
Lindhagen var framförallt en inflytelserik byggnadspolitiker och hans lagförslag har kommit att sätta sin prägel på de stadsplaner som gjordes upp från slutet av 1800-talet in på 1900-talet. Enligt särskilda uppdrag sammanfattade Lindhagen förslagen till 1868 års och 1874 års stadsstadgorna innehållande byggnadsstadgan, brandstadgan och hälsovårdsstadgan för rikets städer. En effekt blev att nytt trähusbyggande i det närmaste förbjöds inne i stadsplanereglerat område. Vis av 1800-talets brandkatastrofer som drabbade många svenska städer förbjöds flervåningshus i trä. Viss uttänjning av reglerna förekom dock, i Göteborg bland annat genom stadens karaktäristiska landshövdingehus.
Åren 1862–1879 tillhörde Lindhagen överstyrelsen för Stockholms stads folkskolor, och alltsedan början av de nya kommunalförfattningarnas tillämpning (1863) tillhörde han stadsfullmäktige i Stockholm. Inom denna kår, där han var vice ordförande från 1879, och dess beredningsutskott och stadens drätselnämnd utövade han en energisk och inflytelserik verksamhet, särskilt i frågor angående Stockholms reglering och s.k. sundhetsförhållanden. Det var på hans initiativ många fastigheter kom att anslutas till avloppsnät och få vatten indraget i lägenheterna, istället för att hänvisa folk till ohygieniska utomhusbrunnar.
I stiftandet och organiserandet av Stockholms högskola var Lindhagen mer verksam än någon annan. Han blev denna skolas inspektor och ledande i dess styrelse. Vid 1869 års riksdag var Lindhagen en av Stockholms representanter i Andra kammaren, och 1883 invaldes han i Första kammaren. Stockholms stad reste 1891 hans gravvård på "Lindhagens kulle" på Norra begravningsplatsen.
Lindhagenplanen antogs aldrig i sin helhet av Stadsfullmäktige; endast delar genomfördes efter hårda strider och revideringar. Ändå skulle Lindhagens generalplan få stor betydelse för Stockholms omdaning under sena 1800-talet. Enligt konsthistorikern Ragnar Josephson är det genom Lindhagenplanen som det moderna Stockholm räknar sin uppkomst.[12] Även Stockholms moderna parkhistoria kan sägas ha börjat med Lindhagenplanen.
