В 1463 году Ярославль присоединился к Московскому княжеству.
XVI век стал для Ярославля временем нового экономического и культурного подъема. После пожара 1501 года в городе возобновляется каменное строительство. Отстраиваются заново рухнувший в огне городской Успенский собор и пришедший в негодность собор Спасо-Преображенского монастыря. После пожара 1536 года город получает новую систему укреплений: к деревянному Рубленому городу на Стрелке прибавляется Земляной город – ядро посада, обнесенное валом и обведенное рвом. К посаду, преимущественно вдоль Волги и Которосли, примыкают многочисленные слободы.
В 1552 году к Москве было присоединено Казанское, а в 1556-м Астраханские ханства, затем был открыт торговый путь в Европу, что поставило Ярославль в исключительно выгодное положение. В городе возникают подворья английской, голландской и немецкой компаний, он становится одним из важнейших торговых центров страны.
События Смутного времени начала XVII века не обошли Ярославль стороной. В 1606 года после убийства Лжедмитрия I и воцарения Василия Шуйского сюда была выслана Марина Мнишек с отцом и частью свиты. В 1608 году городские власти признали законным царем "тушинского вора", и Ярославль некоторое время служил базой "тушинцам" и их польским союзникам в борьбе с ополчением северных городов. В марте 1609 года город был освобожден отрядами ополчения и вскоре выдержал более чем трехнедельную осаду польских интервентов и их союзников.
В 1612 году Ярославль, куда вступило нижегородское ополчение под руководством Минина и Пожарского, стал фактически временной столицей страны. Здесь было создано временное правительство – "Совет всея земли", чеканилась монета с именем последнего царя Федора Иоанновича, отсюда рассылались воззвания во все концы страны, сюда собирались новые отряды на помощь ополчению.
XVII век стал временем наивысшего расцвета города. К концу этого столетия Ярославль становится одним из крупнейших городов Российского государства, важным ремесленным, торговым и культурным центром. О богатстве города свидетельствует тот факт, что в это время в нем проживала шестая часть русского патрициата – гостиной сотни, в которую входили богатейшие купцы. Известные ярославские купеческие фамилии – Лыткины, Светешниковы, Назарьевы-Гурьевы, Скрипины и другие, хотя и уступали в богатстве знаменитым Строгановым, тем не менее, играли огромную роль в экономической жизни страны. Некоторые из них основывали целые города. Так, К. А. Светешников основал Надеино Усолье на Волге, Гурий Назарьев основал Гурьев в устье Урала.
