Il capitano di ventura di origine romagnola Francesco Sforza, uomo di grandi capacità militari e di notevole abilità politica, già difensore di Milano al soldo di Filippo Maria, assedia la città a sua volta, riuscendo infine a farsi accogliere dai Milanesi come liberatore. Il 25 marzo 1450 lo Sforza e la consorte Bianca Maria Visconti sono acclamati dal popolo come Signori di Milano.

Preso il potere, egli si preoccupa immediatamente di rinnovare il castello visconteo. Conoscendo l’odio per i Milanesi per l’antico edificio, Francesco Sforza giustifica la ricostruzione con il desiderio di abbellire la città e di garantire la sua difesa contro i nemici esterni.

Coerentemente, nel 1452, affianca agli ingegneri militari, Giovanni da Milano, Jacopo da Cortona, Marcoleone da Nogarolo, un architetto civile, il fiorentino Antonio Averulino detto il Filarete, incaricato di progettare la facciata verso la città, con l'alta torre centrale d'ingresso. L’architetto toscano, tuttavia, viene presto allontanato e i lavori passano sotto la direzione dell'architetto militare Bartolomeo Gadio, uomo di fiducia dello Sforza e dal 1452 Commissario per le fortezze del Ducato. Gadio modifica la facciata verso la città aggiungendo due massicce torri angolari rotonde con rivestimento in serizzo a punta di diamante, più consone a resistere alle nuove artiglierie dell’epoca. Sul lato opposto, fortifica e amplia la “Ghirlanda”, una cortina muraria già esistente in età viscontea che, munita di due torri rotonde agli angoli e di una strada coperta, difende il fronte settentrionale.

I lavori di completamento e arricchimento del castello si intensificano con il successore di Francesco Sforza. Nel 1466, Galeazzo Maria, il primogenito, volendo trasferirsi nel Castello con la moglie Bona di Savoia, cognata del Re di Francia Luigi XI, e con la sua corte, completa la Rocchetta e la Corte Ducale con portici ad opera di Benedetto Ferrini, fa affrescare le sale e commissiona la Cappella Ducale.

Il castello si presenta, a quest’epoca, con l’ampio Cortile delle Armi, circondato da edifici, mentre, verso il parco, si affacciano gli appartamenti ducali e la Rocchetta, un complesso fortificato quadrato.