秀吉の死後、慶長5年（1600年）の関ヶ原の戦いで勝利した家康が、慶長8年（1603年）に江戸幕府を樹立すると、浅野氏は和歌山へ移封され、家康の九男の徳川義直の領地となった。甲斐国は関東に近い位置から、関東防衛の要所として重視され、国中には将軍直系、郡内には譜代大名が配置され、代官が置かれて江戸幕府が直覧した。元和2年（1631年）には、将軍秀忠の子徳川忠長が入り、支藩の谷村藩も生まれた。

徳川綱重、綱豊（徳川家宣）など徳川家の領地を経て、宝永元年（1704年）、綱豊が将軍後継になると、川越藩主柳沢吉保が受封。享保9年（1724年）に子の吉里が転封されると天領（幕府の直轄領）化され、甲府勤番と代官による支配となる。延享3年（1746年）には御三卿の賄領がおかれ、うち田安領のみは幕末まで存続した。

江戸時代には甲州街道（甲州道中）が整備され、甲府も代官所の城下町として盛えた。又、江戸時代初期には角倉了以による富士川の工事が行われ、富士川水運が発展。江戸中期には郡内（都留郡）の農民が米価の値下げを求めて米屋の打ちこわしを行い、騒動が広まって甲斐一国騒動（甲州郡内騒動）と呼ばれる百姓一揆に発展した。