Trong hơn nửa thế kỷ nội chiến, miền đất Tuyên Quang do họ Vũ cát cứ và ít chịu ảnh hưởng của chiến tranh.

Năm 1551, Trịnh Kiểm sai hàng tướng Lê Bá Ly và tù trưởng Vũ Văn Mật (ở Tuyên Quang) đem quân tiến sát Kinh đô Thăng Long, buộc vua Mạc phải chạy về vùng Hải Dương.

Xóm Tân Thành, xã An Khang (nay thuộc thành phố Tuyên Quang), huyện Yên Sơn nơi hai anh em Vũ Văn Uyên, Vũ Văn Mật xây thành nhà Bầu.

Tháng 11-1559, Trịnh Kiểm cử Trịnh Quang ở lại trông coi ngự binh; Lê Chủng làm Tổng trấn đạo Thanh Hoa coi giữ binh dân; Vũ Sư Thước và Lại Thế Khanh đem quân tinh nhuệ phòng giữ các cửa biển, còn mình tự thống suất 6 vạn quân, nói phao lên là 12 vạn tiến ra Bắc. Hoàng Đình Ái được cử làm tướng tiên phong đem quân theo đường Thiên Quan ra các hạt Mỹ Lương và Bất Bạt thuộc Sơn Tây (nay thuộc Hà Nội). Đại quân do Trịnh Kiểm chỉ huy sẽ tiếp hội binh các cánh quân của Trấn thủ Hưng Hóa Đặng Định và Trấn thủ Tuyên Quang Vũ Văn Mật. Nhân đó bàn kế tiến quân qua sông đánh chiếm các đạo Thái Nguyên, Lạng Sơn và Kinh Bắc. Trịnh Kiểm sai Vũ Văn Mật đưa quân về trấn thủ Đại Đồng, Đặng Định về trấn thủ An Tây để giữ nơi xung yếu, rồi lệnh cho các tướng huy động dân binh đắp đường từ Thiên Quan nối liền với Hưng Hóa, Tuyên Quang thông xuống Kinh Bắc để tiện vận tải lương thực. Quân Lê chia làm nhiều cánh quân tiến đánh quân Mạc, chiếm được các châu huyện thuộc phủ Phú Bình, Tường Khánh. Đại quân của Trịnh Kiểm từ Lạng Sơn kéo xuống đóng quân tại doanh trại Thuận An cùng cầm cự với quân Mạc.

Thời điểm này Nam triều đã làm chủ được phần lớn miền đất ở phía bắc sông Hồng. Tháng 4-1560, Trịnh Kiểm cử tướng Hoàng Đình Ái trấn thủ Lạng Sơn; Lê Khắc Thận trấn thủ Thái Nguyên và Vũ Văn Mật trấn thủ Tuyên Quang để cùng liên lạc cứu viện lẫn nhau. Đồng thời chia quân đi đánh chiếm các huyện Phú Bình, Văn Lang. Đặng Định được cử làm trấn thủ Hưng Hóa để chiêu tập nhân dân các châu Mai, Mộc và Hòa, Việt để cung ứng lương thực cho quân đội.

Trong 60 năm nội chiến, hai bên đã tiến hành tất cả 38 trận đánh lớn nhỏ. Vùng kiểm soát của hai bên không có ranh giới cố định, nhiều lúc thay đổi, không rõ ràng. Vùng Thuận Quảng lúc đầu trên danh nghĩa là của nhà Mạc, nhưng khi Nguyễn Hoàng vào làm trấn thủ đã thực sự thuộc về Nam triều. Cũng như vậy, nhà Mạc đã không kiểm soát được những vùng đất ở phía tây Bắc Bộ. Trong những nơi đó đặc biệt có vùng đất Đại Đồng (Tuyên Quang) trên thực tế đã do tù trưởng thần phục nhà Lê là Vũ Văn Mật chiếm giữ (Con cháu Vũ Văn Mật về sau trong thời Lê Trung Hưng vẫn chiếm vùng đất Đại Đồng (Tuyên Quang) xây thành Việt Tĩnh, cho đến năm 1699. Dân thường gọi là “Chúa Bầu” và “thành nhà Bầu”). Bản thân vùng đất Tuyên Quang cũng là nơi nhà Mạc đã đóng quân trong một thời gian khá dài.

Sau khi bị đánh bật khỏi Thăng Long, thế lực nhà Mạc còn chiếm cứ các vùng Hải Dương, An Quảng (Quảng Yên) là vùng đất gần đất bản bộ của nhà Mạc, sau đó rút lên Cao Bằng, gần biên giới Việt - Trung. Khi Trịnh - Nguyễn phân tranh, chia thành xứ Đàng Ngoài và Đàng Trong, người trong nước đương thời gọi vùng kiểm soát của họ Mạc ở miền thượng du là “xứ Đàng trên của chúa Canh”. Nhà Mạc còn tồn tại thêm 85 năm nữa (1592 - 1677) tại một số địa phương ở Bắc Bộ, chủ yếu là Cao Bằng với các vua Mạc Kính Chỉ, Mạc Kính Cung, Mạc Kính Khoan, Mạc Kính Vũ.

Súng thần công, đạn đá và gạch xây thành, gạch trang trí tìm thấy ở khu vực thành Nhà Bầu.

Trong thời gian này, nhà Mạc đã tiến hành xây dựng nhiều thành quách ở một số địa phương, thực hiện chiến lược phòng ngự là chủ yếu: Cao Bằng, Lạng Sơn... Tại Tuyên Quang, nhà Mạc cũng xây dựng một thành.

Thành nhà Mạc (Thành cổ Tuyên Quang còn khá nguyên dạng cho đến cuối thế kỷ XX và được xếp hạng Di tích lịch sử văn hoá cấp quốc gia) ở Tuyên Quang có vị trí quân sự quan trọng, án ngữ trên bờ sông Lô và nằm trên trục giao thông thuỷ, bộ thuận lợi.

Việc xây dựng thành đến nay còn để lại nhiều truyền thuyết ly kỳ. Tương truyền thành chỉ xây trong một đêm đã hoàn tất.

Thành cấu trúc theo kiểu hình vuông, mỗi bề tường dài 275m; cao 3,5m; dày 0,8m; diện tích 75.625m². Ở giữa mỗi mặt thành có một vành bán nguyệt, giữa vành bán nguyệt đó là cửa, trên cửa xây tháp, mái ngói. Trong tường có một con đường nhỏ xung quanh dùng làm đường tiếp đạn lên thành. Bao bọc tường thành là một lớp hào sâu ngập nước theo kiểu phòng thủ “thành cao, hào sâu” thời trung cổ. Gạch xây thành là loại có kích thước lớn hơn nhiều so với gạch chỉ hiện nay, làm bằng thứ đất có nhiều quặng sắt rất rắn - đó là đặc trưng của kiểu gạch thời Lê. Đến đầu đời Nguyễn, thành được sửa chữa, gia cố thêm bằng loại gạch nhỏ. Trong thành chếch hướng bắc là núi Thổ (Thổ Sơn - núi đất) cao 50m, dốc đứng, phải qua 193 bậc đá mới lên tới đỉnh. Thổ Sơn cũng chỉ đắp trong một đêm. Toàn bộ Thổ Sơn nằm gọn trong thành, phạm vi kiểm soát của cao điểm rất rộng. Cửa đông khống chế đường bộ duy nhất thời đó và sông Lô là tuyến đường thủy quan trọng khi chưa có phương tiện cơ giới trên bộ.