1585年，真田昌幸臣服德川家康之下。昌幸开始建造上田城。仿效武田信玄的施政，该地成为了主要的城下町。1600年真田昌幸支持石田三成，并对攻陷上田城的德川军作出攻击，最终取得大胜（第二次上田城之战），但是关原之战西军大败，真田昌幸及真田信繁在九度山幽禁。昌幸的长男真田信之加入德川军。因此该领地不需受到任何领土惩罚。1616年信之被移封至沼田藩，指派长男真田信吉为藩主。1622年信之被封为松代藩藩主。
其后仙石忠政由小诸藩移封。最初石高6万石。后来缩减到5万8千石。1706年，移封至但马国出石藩。
接着松平信周成为上田藩主。最初石高为5万8千石，1728年，松平忠爱继承领土。其弟松平忠容获得川中岛内5千石。1761年爆发百姓一揆。1871年实行废藩置县，成为了上田县，1873年合并到长野县。