Malatya, Osmanlı Devleti yönetimi altında bir süre güvenlik içinde yaşadı. 1577'de Suriye'de Şam Diyade adlı Türkmen aşiretinden bir kişi, Şah İsmail oldu­ğunu ileri sürerek ayaklandı. Malatya yöresinde toplanmış olan Türkmenler de ona katıldılar. Başkaldıranların sayısı 50 bini aşmış ve bunlar Kırşehir yöresine kadar ilerlemişlerdi. Osmanlı Devleti bu ayaklanmayı güçlükle bastırabildi. Bu tarihten sonra, Osmanlı Devleti'nin İran'la savaşta olmasından yararlanan asiler, Malat­ya'da sürekli isyan halinde olmuşlar ve yöreye çok büyük zararlar vermişlerdir.
Malatya'da Osmanlıların yaptığı ilk sayım 1518 tarihlidir. 1530'da ikinci, 1560'ta üçüncü sayım yapılmıştır. 1530'da kent nüfusu 7300 kadardı. 1560'ta ise, nüfus 8700'ü bulmuştu. Bunun 1300'ünü Ermeniler oluşturuyordu. XVI. yy ortalarında Malatya'da 32 mahalle vardı. 1838'de Doğu Anadolu'daki Osmanlı orduları komutanı Hafız Paşa, karargâhını Harput Mezra’dan Malatya'ya taşıyınca, Eski Malatya tamamen terk edilme sürecine girdi. Ordunun Eski Malatya'da meydana getirdiği tahribattan sonra halk bir daha buraya gitmeyerek, bağların yoğun olduğu Aspuzu yöresine yerleşti. Bu yöre, Malatya olarak gelişmeye baş­ladı. Malatya, XIX. yy sonuna kadar küçük bir kent olarak kalmış, asıl önemli gelişme Cumhuriyet döneminde olmuştur.
   Malatya yöresi, Osmanlı Devleti'nin klasik döneminde Maraş eyaletine bağlı bir liva idi. 1847'deki yeni şekillenmede, Malatya livasının bu kez Harput eyaletine bağlandığı görülmektedir. 1867'deki Vilayet Nizamnamesi, 1847'deki şekillenmeyi tamamen değiştirdi. Yeni düzenlemeye göre, Malatya liva (sancak) olmaktan çıkıyor ve kazaya dönüşüyordu. Bu dönemde Malatya kazası, Diyarbekir (Diyarbakır) vilayetinin Mamuret-ül-Aziz sancağına bağlandı. 1877 Devlet Salnamesi (Devlet Yıllığı), Malatya'nın Diyarbekir vilayetine bağlı bir sancak durumuna geldiğini yazmaktadır. 1892 Devlet Salnamesi ise, Malatya sancağının Diyarbekir vilayetinden alınarak Mamuret-ül-Aziz vilayetine verildiğini belirtmektedir.