Хаджи-Тархан был вновь отстроен и с образованием Астраханского ханства в 1459 году стал его столицей. Побывавший в XV веке в Хаджи-Тархане венецианец Контарини, Амброджо пишет о явных следах упадка города: «Домов там мало, и они глинобитные, но город защищен низкой каменной стеной. Видно, что совсем недавно в нём ещё были хорошие здания». Далее он пишет:
«Город Цитрахан (Citrachan) принадлежит трем братьям; они сыновья родного брата главного хана (Ахмеда), правящего в настоящее время татарами, которые живут в степях Черкесии и около Таны. Летом из-за жары они уходят к пределам России в поисках прохлады и травы. Зимой эти три брата проводят несколько месяцев в Цитрахане, но летом они поступают так же, как и остальные татары.»
В первой половине XVI в. Астрахань в силу своего удачного географического положения начинает привлекать внимание Турции, Крымского ханства, Ногайской Орды и является своеобразным «яблоком раздора» между ними. К 1533 г. в Астрахани образовалась при дворе так называемая «русская партия», активно подкупаемая Московским правительством и служащая проводником московского влияния. В результате, в 1533 г. Астраханское ханство заключило с Московским государством торгово-политический договор о союзе и взаимопомощи. Далее с 1537 г. по 1552 г. ханы сменяли друг друга 4 раза.
В 1552 году к власти в Астраханском ханстве приходит враждебно настроенный к Руси крымский ставленник, хан Ямгурчей. Для его свержения Царь Иван Грозный выслал в поход на Астрахань 30 тысяч стрельцов на галерах во главе с князем Юрием Пронским, которые после небольшой стычки в 1554 году захватили Астрахань. На ханство поставили Дервиш-Али, который прежде был свергнут Ямгурчеем, и который поклялся в верности Москве. Однако Дервиш-Али, вступив в союз с крымчанами, перебил про-московски настроенных людей в своём окружении, а затем напал на русский отряд. Тогда Иван Грозный весной 1556 года снова послал служивых людей в поход. На этот раз ханство было ликвидировано, территория его была включена в состав России, все население принесло присягу русскому царю на верность. Так закончилась очередная эпоха в истории города.