松平氏の出自
宝永3年（1706）、出石藩（兵庫県豊岡市）に移封となった仙石氏に代わって、出石から松平忠周が入封しました。
三河在住時代以来の徳川一族で、藤井松平氏とも呼ばれる松平氏は、明治維新に至るまで7代、160年余にわたって上田藩を治め、譜代大名として幕府の要職をたびたび務めています。
特に6代忠優（忠固）はペリー来航に始まる幕末の動乱期に二度江戸幕府の老中になり、国政にあたりました。
松平氏時代は上田の経済発達や産業振興にともない、上田独自の文化が育まれ、幾多の人材を輩出しましたが、宝暦騒動等の一揆も多発しました。
享保の石垣普請
享保17年（1732）5月、千曲川の大洪水により、上田城の本丸、二の丸の南側の尼ヶ淵の崖が大きく崩壊しました。その破損を修復するとともに、崖の前面に護岸用の石垣を築き洪水に備えました。上田城の石垣は、この護岸用石垣を築いた以外は、大規模な改修は行われず、仙石氏時代の姿が幕末まで維持されました。また当時の石垣は西櫓や南櫓の下に現在でも見ることができます。
地震による修復
幕府の許可を仰いだ石垣等の修復工事は、享保18～21（元文元）年（1733～36）、寛延3年（1750）、宝暦7年（1757）、天明8年（1788）、天保14年（1843）、弘化5年（嘉永元年）（1848）、安政3年（1856）、万延元年（1860）の8回が記録に残っていますが、隅櫓に使用されていた瓦の刻印により、元文元年、天明元年（1781）、天明3年、文政13年（1830）等にも屋根の補修が行われていたことが窺えます。
弘化5年（嘉永元年）（1848）の普請は、前年に起こった善光寺地震による被害箇所の修復で、石垣のほか本丸の櫓2ヶ所の傾きを治すものでした。
また安政3年（1856）の普請は、安政元年の地震による塀の傾きと石垣の崩れを補修しています。
二の丸の土蔵
現在、上田城跡公園二の丸の市立博物館のあたりに、廃城前まで6棟の土蔵が立っていました。
天明8年（1788）に4棟、天保14年（1843）にもう2棟造られ、6棟になったと考えられます。この土蔵も明治7年から始まった上田城払下げにより、解体されました。。
