В 1606 году в ней поднимает восстание против боярского царя Василия Шуйского мелкое служилое дворянство. А в июле 1607 года правительственные войска заперли в тульском кремле осажденное двадцатитысячное войско крестьянского вождя Ивана Болотникова.
Будучи не в силах сломить сопротивление восставших, осаждавшие соорудили на Упе огромную плотину. Река вышла из берегов, затопила низменный посад и кремль.
Наконец осенью факел трагического восстания был потушен.
Но на этом революционное брожение на тульской земле не закончилось. В 1608 году здесь появился новый Лжедимитрий («Тушинский вор»), а в 1610 - 1611 гг. казацкий атаман Заруцкий сделал Тулу своей резиденцией и готовил поход на Москву. Позже, в 1613 г., в окрестностях города рыскали крымские и ногайские татары и разбойничья шайка поляков под предводительством Лисовского.
Впрочем, набеги татар продолжались и позже, до 1659 г., заставляя правительство все время заботиться о поддержании Тулы и засечной черты в должном порядке и «береженьи». В правительственных указах предписывалось, чтобы «воинские люди днем и ночью к Туле безвестно не пришли и валу не перекопали и уездов не повоевали и людей не побили и в полон не поймали». Следовательно, Тула и в XVII веке продолжала оставаться городом по преимуществу военным.
Все эти события, связанные со смутным временем, набегами татар и вообще с особенностями военно-стратегического положения Тулы, сильно тормозили развитие города. Лишь в последней трети XVII столетия, в связи с расширением к югу границ Русского государства Тула постепенно становится тыловым городом и из города-крепости все более превращается в торгово-промышленный центр. Население его возрастает до пяти тысяч человек. Расширяется городская черта. Вокруг посада разрослись слободы - выселки. Таковы слободы: Флоровская (расположившаяся около церкви Флора и Лавра, между р. Упой и нынешней улицей Мосина), южнее - Павшинская (вдоль Павшинской дороги, по современным улицам Коминтерна и Сойфера), далее Никольская (по речке Ржавцу, ныне не существующей, примерно между нынешними улицами Красноармейской и Революции) и затем Петровская (между современными улицами Революции, Демонстрации 1903 г. и конца ул. Каминского).
Значительно изменился к концу столетия состав населения военно-служилых слобод, расположенных в восточной части городской стороны: донских казаков (в районе речки Хомутовки, на месте позднейшего Подьячья), Стрелецкой (по нынешней улице Свердлова) и засечных сторожей (к востоку от нынешнего центрального рынка). Военное население этих слобод все более уменьшается и значительно возрастает в них мирное, посадское население. На правобережной стороне, помимо указанной выше Кузнецкой слободы, существовали слободы Гончарская (по Московской дороге, к северу от Кузнецкой слободы) и Ямская, населенная ямщиками (у начала современной Октябрьской улицы), где находилось около 40 дворов.
Рост посадского населения Тулы (главным образом за счет военного) и вообще изменение в составе тульского населения во второй половине XVII века можно представить в некоторых цифрах. Из общего числа взрослого мужского населения города, составляющего в 1677 году 1161 человек (в 1647 г. - 1116 чел.), посадского населения, т. е. занимающегося торговлей и ремеслом, откупщиков и проч., насчитывалось 534 человека (в 1647 г. - 89), казенных ремесленников (гончаров и кузнецов) - 262 человека (в 1647 г. - 140) и ратных людей - 233 человека (в 1647 г. - 481).
Производительные силы Тулы и Тульского края в XVII веке развиваются довольно быстро. Уже имевшийся давний опыт железоделательного производства был использован в более крупных, промышленных масштабах. В 1637 г. под Тулой, на р. Большой Тулице (ныне р. Сине-Тулица), между деревнями Торхово и Слободка-Городище, у древнего Тулицкого городища голландским купцом Андреем Виниусом, накопившем капитал на торговле хлебом, был построен первый в России крупный металлургический завод в виде «мельниш-ной» (т. е. вододействующей) мануфактуры. Позже здесь возникли еще три таких завода.
Основные причины локализации городищенских (тульских) металлургических заводов именно на р. Тулице были, видимо, следующие:
1. Наличие высоких близко сходящихся гористых берегов, что облегчало строительство плотин.
2. Близость к Туле и к месту разработки железных руд. Руда привозилась за 40 верст - из Дедилова. К тому же вокруг заводов были большие лесные массивы - основные поставщики древесного угля. А этот уголь являлся тогда главным видом металлургического топлива.