Dans les salles des 1er et 2e étages du Palazzo Ducale sont exposés de grands chefs-d'oeuvre comme la prédelle de la Profanation de l'hostie, par Paolo Uccello, la Madone de Senigallia et une étonnante Flagellation de Piero della Francesca ; citons encore la Cité idéale de Laurana et La Muette, de Raphaël. Ne manquez pas non plus le superbe petit cabinet (studiolo) où le duc Federico se retirait pour lire.