В начале XV в. усиливается влияние московской политики на Рязанское княжество. Все внешнеполитические действия Рязани совершались в полном согласии с Москвой. В XV в. крепость Переяславля была расширена до современных пределов кремля, она заняла всю территорию холма, ограниченную Трубежем и Лыбедью, соединенными глубоким рвом. На земляном валу воздвигаются деревянные стены.

В 1521 г. рязанские земли вошли в состав Московского централизованного государства. 

К середине XVI в. на территории Рязанского края уже были такие города, как  Переяславль Рязанский, Зарайск, Касимов, Пронск, Перевитеск (Перевицк), Ростиславль, росли небольшие, но старые поселения – Михайлов и Кадом. В конце столетия упоминается Скопин, а в течение следующего века появляются Сапожок, Старожилово, Сасово, Ухолово, Ермишь, Кораблино. 

Для обороны восточных границ Московского государства большое значение имел город Касимов, бывший Городец Мещерский (первое упоминание в летописи в 1152 г.). В середине XV в. Городец Мещерский с окрестными землями был пожалован великим московским князем татарскому царевичу Касим-хану, который перешёл на русскую службу из Казани и активно проводил политику Москвы в крае. Касимовское княжество (царство), просуществовало до 1681 г.

Наиболее крупным городом был Переяславль Рязанский. В XVI – XVII вв. он представлял собой деревянную крепость, защищавшую подступы к Москве. На высоком холме, ограниченном реками Трубеж, Лыбедь и глубоким рвом, соединяющим их, возвышались дубовые рубленые стены с 12 башнями, из которых 4 были проезжими. Внутри Кремля находилось два собора – Успенский, ныне Христорождественский, и Архангельский, обновленный в 1647 г., владычный дом с церковью Усекновения главы Иоанна Предтечи и комплексом хозяйственных построек, Спасский и Духовской монастыри, несколько каменных церквей. В Кремле располагались дворы и сады знатных фамилий. 

К Кремлю с западной стороны примыкал Верхний посад, ограниченный с севера и юга реками Трубежом и Лыбедью, а с запада граничивший с Черным посадом и Владычной слободой. Верхний посад был окружен острогом, который укреплялся 18 башнями и стрельницами. Мост через ров соединял острог с кремлем. В Черном посаде жили ремесленники, торговцы, пашенные крестьяне. 

К концу XVI в. относится строительство Большой засечной черты – системы оборонительных сооружений, с которой связано возникновение и развитие в крае многих населенных пунктов от Переяславля Рязанского до Венева и от Шацка через Ряжск до Скопина. 

В период польской интервенции на Рязанской земле сформировалось Первое Рязанское ополчение во главе с Прокопием Ляпуновым для освобождения Москвы от польских захватчиков. 

В 1668 г. по указу царя Алексея Михайловича в селе Дединово Рязанской губернии (ныне Луховицкий район Московской области) был построен первый русский военный корабль «Орел».

В конце XVII в. зодчим Я. Г. Бухвостовым в Переяславле Рязанском на самом высоком месте кремлёвского холма был построен новый Успенский собор. Впервые такой грандиозный объем поднят на высокий подклет. Имея форму почти куба, он завершается мощным пятиглавием, смещённым к востоку. Сочетание красного кирпича и белокаменной резьбы на порталах и наличниках окон, деление фасада на этажи – черты архитектурного стиля «нарышкинское барокко».