Falliti nel 1502 e nel 1529/30 gli ultimi tentativi di riconquistare l'indipendenza, l'egemonia stabilita sulla città dal patriziato, d'intesa con il principe, spegne per tutta l'età moderna ogni conflitto politico e sociale. I1 Cinquecento aretino è dominato dalla poliedrica figura di Giorgio Vasari (1511 1574), architetto Palazzo delle Logge, .ristrutturazione della chiesa di Badia), pittore, storiografo dell'arte (Le vite dei più eccellenti architetti, pittori, et scuitori italiani), consigliere granducale e come tale arbitro della vita artistica toscana. Nel clima manieristico ormai imperante operano in città il francese Guglielmo de Marcillat (vetrate della Cattedrale e della Ss. Annunziata)e Bartolomeo Ammannati (chiesa di S. Maria in Gradi).
L'assetto urbano è profondamente modificato dalla realizzazione di un nuovo sistema di fortificazione e dalla radicale distruzione, ai due capi della città, del palazzo del Comune e del Duomo Vecchio, decretata per motivi strategici da Cosimo I de' Medici, in spregio ad ogni residuo di orgoglio cittadino. I lavori di fortificazione, terminati attorno al 1560, Le trasformazioni cinquecentesche consistono nel definitivo rifacimento dell'antica Fortezza - alla quale hanno successivamente lavorato, a partire dall'inizio del secolo, Antonio (il Vecchio), Giuliano ed Antonio (il Giovane) da Sangallo, oltre a Nanni Unghero - e nell'erezione di una nuova cinta di mura bastionate, che in buona parte ricalca il tracciato trecentesco (4200 m. di perimetro, 100 ettari di superficie).
La città si arricchisce di numerose, ricche dimore nobiliari, fra le quali spiccano i palazzi delle famiglie Fossombroni, Guillichini, Barbolani di Montauto. Nella parte superiore di piazza Grande, già alterata dalla rovina dei palazzi del Comune e del Popolo, il grande edificio vasariano delle Logge cala come un sipario su un capitolo di storia cittadina.