При Сигизмунде Августе (последнем короле из династии Ягеллонов) Варшава, расположенная почти в самом центре государства, приобрела гораздо большее, чем когда-либо до этого, значение, и король собирался серьезно перестроить Королевский замок. В 1563 году королевские архитекторы создали макет нового замка, но строительные работы начались только летом 1569 года. Особенно большие изменения претерпели внутренние помещения Большого дома: на первом этаже был выстроен зал (30x10 м), в котором стали проводить заседания государственного сейма. Ряд из шести колонн разделил зал на две части: в одной половине — Посольской палате — собирались депутаты сейма, во второй — публика, наблюдающая за их работой. На втором этаже размещалась Сенаторская передняя, а из нее двери вели в Сенаторскую палату. Напротив входа в нее стоял королевский трон, а вдоль стен в два ряда — кресла сенаторов.
Королевские апартаменты располагались в Новом королевском доме, стоявшем под тупым углом к Большому дому. Столь необычное расположение обоих зданий объяснялось рельефом местности и формой высокого обрывистого берега Вислы. В 1572 году перестройка замка была прервана из-за внезапной кончины короля Сигизмунда Августа, и после этого больших строительных работ в нем не велось.
Новый период в истории Королевского замка начинается на рубеже XVI–XVII веков, когда король Сигизмунд III из династии Ваза решает перенести столицу государства из Кракова в Варшаву. В новую столицу переезжают многие государственные учреждения, для размещения которых требовалось расширить замок. Согласно проекту главного королевского архитектора Д. Тревано, руководившего возведением постоянной резиденции для короля, его семьи, двора и многочисленных государственных учреждений, около пятиугольного дворца возводится комплекс зданий и появляются два двора в форме, приближающейся к треугольнику. Над всем ансамблем господствовала башня с высоким барочным покрытием.
Строительство северного и западного крыльев нового Королевского дома с высокой башней и южного крыла затянулось на 25 лет, и достроили Королевский замок только к 1610 году, а башню возвели в 1619 году. Она называлась Башней Сигизмунда (по имени короля), а еще ее называли Часовой, так как на ней располагались большие часы, на циферблате которых была помещена дата — 1622. Изображений этого замка не сохранилось, кроме очень приблизительной передачи его архитектурных форм на панорамных изображениях города. Однако известно, что замок представлял собой четырехугольник и состоял из отдельных частей. В одной из них, которая занимала часть Замковой площади и именовалась «Грудь»,[28]
проводились судебные разбирательства. Вторая часть замка, с обширным двором, предназначалась для королевских апартаментов, а третью занимали придворные и различные службы.В первой половине XVII века Королевский замок был свидетелем важных государственных событий, а кроме того, в нем была собрана богатая коллекция картин, куда вошли полотна Рубенса, Рембрандта и других великих художников. В замковом театре играли пьесы В. Шекспира еще при жизни автора, а во время правления короля Владислава IV для старой итальянской оперы выстроили новый театр.
В 1644 году король Владислав установил памятник своему отцу — королю Сигизмунду III. Памятник состоял из мраморной колонны коринфского ордера, которую венчала медная, вызолоченная в огне статуя короля — монарха и воина: с плеч его ниспадает коронационный плащ, открывающий рыцарские доспехи. В правой руке король держит искривленную саблю, в левой — крест, своими размерами превышающий саму статую Когда колонна обветшала, ее заменили новой, а старая — со следами пуль от уличных битв — находилась во дворе близлежащего монастыря Бернардинов.
Великолепию Королевского замка положила конец шведская интервенция 1655–1656 годов. Сожженный и разоренный шведами замок долгое время оставался заброшенным. Король Август II вместо того, чтобы воcстановить историческую резиденцию польских монархов, построил себе новый дворец, который получил название «Саксонский». Но замок был несколько подправлен: была обновлена та его часть, которая выходила на Вислу, и отделаны некоторые залы. Все намеченные работы по восстановлению замка еще не были закончены, как в 1767 году случился пожар.
За год до пожара на польский престол был избран Станислав-Август Понятовский, который принес с собой ту любовь к искусству и «манию строительства», которой в то время были подвержены все государи Европы. Новый король устраивает в Варшавском замке театр, собирает при своем дворе архитекторов и живописцев, он любит литературу, поощряет даже сатиру, бичующую растление нравов в польском обществе, курьезные пережитки и слишком поспешное подражание всему новому. В Королевском замке начинаются большие строительные работы, и вообще всеми своими памятниками, отразившими искусство и вкусы XVIII века, Варшава обязана эпохе правления Станислава-Августа Понятовского.