关原之战後 ， 天下已由丰臣氏转到德川氏手中 ， 伊达政宗的目标改为注重国内发展 ， 於宫城郡国分千代一地著手兴建仙台城 。庆长六年（1601年）四月十四日迁往仙台城 ， 同年获德川家康增封近江国五千石领地 。自此伊达氏与德川氏的关系更为亲密 ， 直至幕末 。庆长八年（1603年）二月德川家康就任征夷大将军 ， 开创德川幕府 。伊达政宗宣誓效忠 ， 後获赐江户的屋敷 。八月回国後致力发展仙台 ， 在伊达政宗的努力下 ， 位处奥州街道邻近[土盐]釜港的仙台发展成一个人口约五万二千人的大城市 。庆长十年（1605年）二月十六日伊达政宗更作为德川家康之三子德川秀忠的先锋上京 ， 四月德川秀忠继任征夷大将军一职 ， 同年伊达政宗对国内实行检地 。翌年三月三日伊达政宗获增封常陆一万石的领地 ， 十二月二十四日五郎八姬与松平忠辉结婚 ， 两家正式结为姻亲 ， 此後伊达政宗不时在其江户屋敷接待德川家康父子 。庆长十六年（1611年）三月六日伊达政宗担任江户城西院城修筑的课役 。十月在仙台城接见传教士ソテロ ， 准许基督教在仙台藩内传道 。庆长十八年（1613年）春获德川幕府准许建造黑船 ， 九月十五日伊达政宗派遣支仓常长为使 ， 连同ソテロ、德川幕府水军头领向井将监家臣（向井将监曾协助伊达政宗造船）及商人等共一百八十多人从月之浦出发 ， 前往西班牙及罗马等国家拜访 。不过却有传言指伊达政宗藉此与西班牙等国家同盟 ， 借助他们的军队推翻德川幕府 。
此时德川氏与丰臣氏的关系越来越差 ， 庆长十九年（1614年）四月一日伊达政宗授命为其女婿松平忠辉建设高田城 ， 九月二日支仓常长到达西班牙 。不久大 [土反]之战爆发 ， 伊达政宗於十月十日从仙台出发 ， 奉德川幕府之命出兵讨伐丰臣氏 。但是大坂城因真田幸村等人的防守而久攻不下 ， 德川家康只好提出议和 。在伊达政宗的努力下 ， 十二月双方议和成功 ， 因此德川家康论功行赏 ， 赏赐伊达政宗庶长子伊达秀宗为四国宇和岛十万石大名 ， 此举解决了伊达氏内部多年的问题 。伊达政宗一直为庶长子伊达秀宗与嫡长子伊达忠宗的继承问题而烦恼 ， 恐将来再一次发生伊达小次郎事件 。德川家康赏赐伊达秀宗予宇和岛 ， 使他一跃而成为大名 ， 使伊达政宗的继位问题也因此消失 ， 从此之後伊达政宗一直尽心为德川幕府效命 。翌年一月二十三日奉命完成大坂城石垣堀的移平工作 ， 不久大坂之战再度爆发 ， 伊达政宗以松平忠辉副将的身份参军 。四月九日从江户出发 ， 负责从大和口进攻大坂城 。五月六日爆发道明寺合战 ， 伊达政宗家臣片仓重长虽然打败大坂军的薄田兼人及後藤基次军队 ， 但被真田幸村率领的援军打败 ， 伊达政宗後撤死守才能抵挡真田幸村的进攻 。翌日的决战伊达政宗更发生误杀己方盟友的事件 ， 大和的大名神保相茂在激战中误被伊达政宗全灭 ， 此举被当时人们传为笑柄 ， 德川幕府事後也没追究 。最终德川氏消灭丰臣氏 ， 战国时代告一段落 。
之後江户时代的伊达政宗一直为仙台藩而努力 ， 奠定仙台藩在幕府的地位 。元和二年（1616年）二月二十二日伊达政宗往骏府探望病危的德川家康 ， 获德川家康托付後事 。此後伊达政宗一直是德川秀忠及其长子第三代将军德川家光上京的先锋 。藩国方面 ， 改善北上、迫、江合三川的河道工程；幕府方面积极与幕府加强关系 ， 元和三年（1617年）十二月十三日伊达忠宗与德川秀忠养女振姬结婚 。宽永九年（1632年）一月伊达政宗更率先赞同新上任将军德川家光的演说 ， 巩固德川家光的权力 。最终踏入江户时代时 ， 伊达氏变为仙台藩 ， 石高数约为六十二万石 ， 在外样大名（非德川氏本身亲属或部将）中 ， 仅次于加贺的前田氏及萨摩的岛津氏之後 。伊达政宗死后到第四代伊达纲村时 ， 几因伊达骚动而被处分 ， 之后直到幕末仙台藩一直相安无事 。
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