En 1467 fue corte del infante Don Alfonso, levantado en armas contra Enrique IV, y el 20 de agosto se trabó junto a Olmedo una batalla en que éste quedó vencedor; pero no llegó a entrar en la ciudad, la cual, al año siguiente, pasó a poder de la princesa que había de ser Isabel la Católica. Su esposo Fernando, despachó aquí su convocatoria de las Cortes de Aragón que en 1515 se reunirían en Calatayud.

La importancia que se daba a Olmedo en aquella época se deduce del refrán

"Quién señor de Castilla quiera ser, a Olmedo de su parte ha de tener".

El antiguo monasterio de la Mejorada acoge (o acogió, no hay documentación clara al respecto) los restos del comunero Juan de Padilla, pues el bando realista se negó a autorizar su traslado a Toledo.

 "En Villalar, a veinte y cuatro días del mes de abril de mil y quinientos y veinte y un años, el señor alcalde Cornejo, por ante mí, Luis Madera, escribano, recibió juramento en forma debida de derecho de Juan de Padilla, el cual fue preguntado si ha sido capitán de las comunidades, y si ha estado en Torre de Lobatón peleando con los Gobernadores de estos reinos contra el servicio de Sus Majestades; dijo que es verdad que ha sido capitán de la gente de Toledo y que ha peleado contra el Condestable y Almirante de Castilla, Gobernadores de estos reinos, y que fue a prender a los del Consejo y alcaldes de sus Majestades [...]". Lo mismo confesaron Juan Bravo y Francisco Maldonado que admitieron haber sido capitanes de la gente de Segovia y Salamanca. Los tres fueron condenados a muerte y ejecutados el mismo día. Según una tradición muy arraigada, Juan Bravo protestó al oír que a los tres capitanes se les mandaba decapitar por traidores; en aquella ocasión, Padilla le dirigió estas palabras: "Señor Bravo, ayer era día de pelear como caballero, hoy es día de morir como cristiano".

Felipe V, el primer Borbón rey de España, concede un privilegio a Olmedo, que es firmado después por sus sucesores. En 1811, el francés José Bonaparte, entonces monarca por derecho de conquista, pasó unos días alojado en la villa.

Olmedo ha sido la cuna de grandes hombres que han contribuido a construir Castilla y España. Aquí nacieron entre otros ilustres: Juan de Sarmiento, consejero de Órdenes que inició la historia de la Orden de Alcántara; Ignacio Ortega y Cortés, fiscal del Consejo de Órdenes y adicionador de las obras de Diego de Covarrubias; Sebastián Cortés y Cárcel, camarista de Castilla y comisario general de Cruzada, autor de estimados tratados jurídicos; Fray Bartolomé Ochaita, consejero de Hernán Cortés.