Na skutek prośby do papieża z 1605 roku San Marino nie zostało przezeń anektowane po wygaśnięciu linii władców Urbino.
W latach 1502–1503 kontrolę nad księstwem przejął Cesare Borgia, który stłumił bunt z pomocą Francuzów i zyskał nawet pewną przychylność ludu. Guidobaldo I Montefeltro odzyskał władzę, jednak zmarł bezdzietnie w 1508 roku. Na podstawie testamentu władza przypadła rodowi della Rovere, powiązanemu z papiestwem (dwoma papieżami Sykstusem IV i Juliuszem II), w osobie Franciszka Marii I, po kądzieli wnukowi Federico da Montefeltro. W latach 1516–1519 panowanie na krótko objął Wawrzyniec II Medyceusz, ale po nim Franciszek Maria powrócił do władzy po tym, gdy tereny księstwa przejął papież Leon X. W 1523 roku stolicę przeniesiono z Urbino do Pesaro. Pod rządami dynastii della Rovere region stał się ważnym ośrodkiem naukowym i wojskowym. Ostatni władca Franciszek Maria II della Rovere okazał się długowiecznym władcą, ale jego jedyny syn zmarł w 1623 roku, a on sam był za stary, by spłodzić kolejnego potomka. W 1625 roku Księstwo Urbino zaanektował papież Urban VIII, co ostatecznie potwierdziło się w momencie śmierci ostatniego księcia w 1631 roku. Jego wnuczka Wiktoria della Rovere została żoną Ferdynanda II Medyceusza i matką Kosmy III oraz Francesco Marii, kardynała.