Nel 1519 Carlo V era stato nominato imperatore riunendo sotto la sua corona i regni di Spagna, Austria, i domini tedeschi e italiani e i territori d'oltreoceano.
Allarmato dall'espansionismo spagnolo, il re di Francia Francesco I (1515-1547) si alleò con il sultanato contro l'imperatore, in seguito a questa alleanza il corsaro algerino Khair-ar-din detto il Barbarossa, fedele vassallo turco infestò le coste italiane e spagnole.
Il Barbarossa assalì e depredò l'Elba e la costa toscana per due volte: nel 1534 e nel 1544, rendendo inoltre per molti anni estremamente insicura la navigazione. Per rendere più tranquille le rotte mediterranee e i propri possedimenti, su sollecitazione del pontefice Clemente III e del suo successore Paolo III, Carlo V allestì una flotta riuscendo ad assediare e espugnare la città di Tunisi nel 1535, roccaforte dei saraceni, ma il Barbarossa riuscì a sfuggire alla cattura. La spedizione imperiale rese comunque la libertà a ben 20.000 prigionieri.
Affinché lo stato di Piombino fosse più efficacemente difeso dai turchi, Carlo V tentò di affidarlo a Cosimo I dei Medici nel giugno 1548, ma per le notevoli pressioni esercitate dai principi italiani e dalle potenze europee, poco più di un mese dopo il piccolo stato fu restituito agli Appiani.
Il 15 agosto 1552 Carlo V di Spagna riuscì nel suo progetto, consegnando a Cosimo I, Granduca di Toscana, lo stato di Piombino. In cambio, i Medici avrebbero versato nelle esauste casse imperiali un prestito di duecentomila scudi, occorrenti al sovrano spagnolo per proseguire la guerra in Germania contro i Protestanti.
Un'ennesima incursione piratesca, la più famosa e cruenta, si verificò a Pianosa nel 1553, ad opera di una flotta "gallo-turca" comandata dal feroce Dragut, alleato dei francesi nella guerra contro la Spagna. La flotta turca, forte di 60 galere e di 22 navi minori si riunì alla flotta francese al largo della Sicilia, devastandone i centri costieri, si portò in seguito in Sardegna e al largo della Corsica per poi approdare a Montecristo. Lasciata quest'ultima, le flotte alleate si ancorarono nel golfo di Longone, sbarcarono una notevole forza d'invasione che assalì prima Capoliveri, poi Rio, i cui abitanti si erano rifugiati nella fortezza del Giogo.
Mentre i franco-turchi si apprestavano ad assediare la fortificazione riese e il comandante degli assediati trattava la resa affidandosi alla benevolenza dei francesi, una parte delle imbarcazioni turche, circa una dozzina, si avvicinava a Pianosa, sotto il comando di Kara Mustafà (detto anche Mustafà Bassà), comandante in seconda della flotta ottomana, Giuseppe Ninci ricorda così l'incursione, riprendendola a sua volta da altri cronisti dell'epoca: "Giunto in questa isoletta [Karà Mustafà] attaccò il fuoco alle coltivazioni ed ai spineti, che in breve tempo furono in cenere; quindi si postò sotto la terra o castello che essendo ben difeso da una forte muraglia, potè resistere sul bel principio all'urto del nemico. Maggior resistenza trovò, Mustafà, nella torre posta in bocca del porto, sopra uno scoglio inaccessibile: ma finalmente bisognò che l'una e l'altra cedessero al vivo fuoco del barbaro. Duecento schiavi fra uomini e donne furono fatti in quell'isoletta e imbarcati sulle galere della divisione di Karà Mustafà; non essendosi salvata al furore dei turchi che una famiglia, la quale trovavasi casualmente nella parte opposta dell'isola, cercò asilo nelle caverne di alcune scogliere che si gettano nel mare; e alcune altre poche già refugiatesi nel vicino continente d'Italia."
Lo stesso evento, viene narrato in forma leggermente diversa per ciò che riguarda le operazioni militari dal pievano dell'isola, don Deodato Spadai in un rapporto inviato al proprio vescovo, Monsignor Ventura Bufalini. Il Ninci riporta così il documento: "La distruzione di Pianosa avvenne in tal guisa. L'armata dei Turchi e Francesi andava a invadere la Corsica, quando Karà Mustafà passò in Pianosa con una divisione di 12 galere: batté la terra, ma non poté prenderla, avendola battuta dalla parte di ponente: ma sopraggiungendovi Dragut con altre galere, e conducendo seco un Corso, questi gli mostrò il modo, che dovevano tenere per rendersene padroni; di batterla cioè dalla parte di levante, come infatti avvenne. Karà Mustafà alla prima cannonata ruppe la muraglia della cisterna della rocca; né solo li privò di quella, ma anco ammazzò molte persone. Presa risoluzione i paesani mandarono imbasciata a quei di fori con pattuire che si sarebbero dati alla Francia, purché restassero nel paese e non prigioni: ma la risposta di Karà Mustafà fu, che si potevano dare al diavolo, che il padrone era e ne voleva esser lui; e così seguì la distruzione della terra di Pianosa, abbenchè fosse circondata di buone muraglie e nel mezzo una bellissima rocca, la quale è quella che restò espugnata per la rottura dell'acqua. Essa faceva da quaranta in quarantacinque fuochi".
Un breve cenno della feroce incursione lo troviamo anche nelle cronache del Lambardi: "Venuti [i franco-turchi] in quest'isola [la Corsica] si divise la detta armata in due parti, una si fermò in Corsica, e l'altra andò in Pianosa isola allora abitata. Vi fecero da duegento schiavi, che più non ve n'era".
A seguito di questa incursione, l'isola divenne un insidioso rifugio per le navi corsare che potevano agevolmente interrompere i traffici marittimi tra Roma e Livorno.
Durante l'occupazione fiorentina dello Stato di Piombino, il giovane Jacopo VI si rifugiò a Genova con la madre, ponendosi sotto la protezione di quella repubblica.
Nel 1553 la guarnigione della città di Piombino viene rafforzata da Cosimo I con l'invio di truppe spagnole. L'anno successivo Portoferraio viene salvata dai turchi grazie alla resistenza delle forze terrestri comandate dal governatore di Piombino, il colonnello Lucantonio Cuppano e dall'intervento di quattro galere comandate dall'Appiani, divenuto nel frattempo Capitano Generale per conto della Signoria fiorentina.
Nell'estate del 1555 la flotta corsara devasta Portolongone, ma nel tentativo di assediare Piombino viene sconfitta.
Lo stato piombinese torna nelle mani di Jacopo VI Appiani il 29 maggio 1557,con il trattato di Londra, ma i Medici trattengono il possedimento di Portoferraio, (Cosmopoli).
Alessandro Appiani, figlio naturale di Jacopo VI e di una cugina della legittima moglie, successe al padre nel 1585 alla guida del piccolo principato piombinese, in seguito a varie e complesse vicende. Il nuovo principe entrò in contrasto col Granduca fiorentino, rifiutandosi di fortificare le isole di Pianosa e Montecristo, per evitare che diventassero covi di pirati, e rigettando anche le pressanti richieste di vendita delle due isole avanzate dal governo granducale. Forse per questo motivo nel 1558, in seguito ad una nuova incursione turca Pianosa si spopolò di nuovo.
Re Filippo II di Spagna ordinò espressamente all'Appiani di fortificare Pianosa e Montecristo e di riscattare dalle misere condizioni di vita gli elbani. Alessandro Appiani fu però assassinato a Piombino il 28 settembre 1589. L'uccisione del monarca, seppur di un piccolo stato, destò grande scalpore. I motivi pare debbano attribuirsi ad un complotto ordito dalle maggiori famiglie piombinesi, dalla moglie di Alessandro, Isabella di Mendoza e dal comandante del presidio spagnolo, Don Felix de Aragona, che con lei aveva una relazione. Le cronache del tempo accennano invece ad una rivolta popolare o a una vendetta per riscattare l'onore perduto di qualche dama. Tale situazione provocò un breve periodo di anarchia, ma in seguito all'intervento di truppe spagnole e napoletane le isole e Piombino furono riconsegnate agli Appiani nella persona di Jacopo VII.
Il duca di Savoia chiese Pianosa agli Appiani per affidarla ai Cavalieri Mauriziani nel 1587, ma la richiesta non ebbe seguito.
L'imperatore Rodolfo II nel 1594 eleva a principato il feudo piombinese.
Il Granducato di Toscana tentò più volte di entrare in possesso dell'isola di Pianosa: nel 1586 Francesco II, nel 1594 Ferdinando I, nel 1600 Cosimo II si appellarono ai sovrani spagnoli. Ma il re di Spagna Filippo III, avocherà direttamente a sé il governo del piccolo stato dal 1603 al 1611, affidandolo al reggente Don Mattia Beltram di Manurga. Nel 1603 verrà tolto al principato il territorio di Portolongone, dove gli spagnoli inizieranno la costruzione di una fortezza.
In seguito alla mancanza di eredi diretti e in presenza di un contenzioso tra i rimanenti Appiani, il principato viene venduto da Ferdinando II, imperatore del Sacro Romano Impero, a Niccolò Ludovisi nel 1634, per la somma di un milione di fiorini d'oro. Dal 1646 al 1650 Niccolò fu spodestato dai francesi che occuparono Piombino e le isole, per sottrarle all'influenza spagnola. La principessa Ippolita Ludovisi nel 1681 sposa Gregorio Boncompagni, Duca di Sora, nei patti del matrimonio figura l'intenzione di mantenere il doppio cognome Boncompagni-Ludovisi.
Dal 1708 le truppe imperiali austriache presidiano il principato, sostituite nel 1734 da quelle napoletane.
Nel 1712 i Ludovisi permisero agli elbani di coltivare Pianosa e nel 1722 autorizzarono gli abitanti di Campo e Marciana di tagliare quantitativi limitati di legna per rimediare alla carestia seguita ad una vendemmia disastrosa. Ma la sfortuna perseguita i pianosini, infatti, nello stesso anno le cronache riferiscono che gli elbani a Pianosa, intenti a procurarsi legna:" [...] sorpresi improvvisamente dai barbareschi, vennero, nonostante la loro resistenza, caricati di catene e condotti schiavi".
Solo con l'anno 1735, in conseguenza del trattato di Vienna, le potenze belligeranti concordarono nell'affidare il Granducato di Toscana (essendosi estinta per mancanza di eredi maschi la dinastia dei Medici) a Francesco duca di Lorena e di Bar, marito di Maria Teresa d'Austria, riconoscendone la qualifica di subfeudo imperiale austriaco.
Nel 1790 il principe di Piombino incaricò un abitante di Campo di sua fiducia, Antonio Sardi, di visitare Pianosa e compilare un rapporto dettagliato sulla situazione e lo stato dell'isola.
Il Sardi trovò circa 100 agricoltori "stagionali", cioè non stabilmente residenti, presenti in Pianosa solo al momento del raccolto delle varie piantagioni, una decina di pescatori napoletani, la cui presenza era anch'essa temporanea e venticinque pastori con circa tremila pecore.
Le navi venivano ancorate nella baia di S. Giovanni, che offriva solo un riparo naturale ma la tassa di ancoraggio veniva loro fatta pagare ugualmente in ragione di un "paolo" ad albero, e questa pareva essere l'unica entrata fiscale della comunità.
L'inviato Granducale trovò anche alcune saline produttive sul litorale e una grande quantità di legna da ardere. Il rapporto si concludeva con la considerazione che l'isola era una proprietà da mantenere e incrementare, purché ogni contadino fosse fornito di un archibugio, pistole, quattro libbre di polvere da sparo, cento pallottole e sei moschetti, giudicate dal Sardi armi non ancora sufficienti per tenere lontani i "pirati algerini".
Nel luglio 1796 truppe inglesi, in guerra col governo rivoluzionario francese, sbarcarono a Portoferraio e occuparono l'Elba, cui seguì la presa di Piombino nel settembre dello stesso anno.
Le cronache tacciono circa la situazione di Pianosa in questi anni fino al 1800, quando l'avvicinarsi di navi sconosciute metteva in allarme, questa volta inutilmente, gli occasionali abitanti: "Un convoio di vari legni comparsi il 13 Decembre sulla Pianosa, ove trovavansi molti Elbani a seminare, secondo il solito, pose in allarme la nostra isola [...] i legni comparsi sulla Pianosa, erano di nazione amica, e destinati al commercio."; la paura dei pirati aveva reso Pianosa disabitata e sfruttata dagli elbani solo come terreno agricolo.
All'inizio del XIX secolo, l'Elba era dunque divisa in tre stati: il Granducato di Toscana governava Portoferraio, il regno di Napoli controllava Longone e nel 1797 contingenti di truppe napoletane sostituirono gli inglesi nel resto del principato di Piombino.
Nel marzo 1801 il re di Napoli cedeva i territori del principato alla Francia. Il 27 agosto 1802, Napoleone Bonaparte, Primo Console della Repubblica, stabiliva che l'Elba, Capraia, Pianosa, Palmaiola e Montecristo "[...] erano riunite al territorio della Repubblica francese". Per la prima volta un territorio così esiguo ma sempre frazionato tra le potenze europee si trovava sotto la stessa amministrazione, avendo il privilegio di un deputato al corpo legislativo francese.
In base ad un riassetto amministrativo nel 1803 Pianosa era stata assegnata alla giurisdizione della municipalità di S.Piero in Campo.
Il 18 marzo 1805 Napoleone affidava Piombino, l'Elba e "[...] la vicina deserta isola di Pianosa" alla sorella Elisa Bonaparte Baciocchi, reggente assieme al marito Felice. L'isola venne nuovamente fortificata contro le incursioni nemiche nel 1806 e munita di soldati e cannoni.
Con un decreto del 7 aprile 1809 l'Arcipelago Toscano fu riunito alla Toscana, che era passata sotto il governo francese nel 1807 ed era stata divisa in tre dipartimenti: Arno, Ombrone e Mediterraneo.
Nel 1809 fu conferito dal fratello alla Baciocchi il titolo di Granduchessa di Toscana.
Nello stesso anno una grossa nave francese si riparò nel piccolo porto di Pianosa ma fu inseguita e depredata da una squadra inglese, nonostante le batterie del forte tentassero di difenderla. Forse per punire gli abitanti dell'isola, il 25 maggio 1809, due brick ed una fregata britanniche sbarcarono 150 fanti di marina, che, appoggiati dalle artiglierie delle navi attaccarono il presidio, uccidesero il comandante e costringensero il piccolo contingente franco-elbano alla resa. Gli inglesi, prima di allontanarsi da Pianosa, distrussero la torre, catturarono i militari francesi e rimandarono a casa gli elbani e la vedova del comandante lasciando l'isola quasi del tutto deserta.
L'entrata degli alleati a Parigi in seguito alla disastrosa campagna di Russia costrinse l'Imperatore ad abdicare nel 1814; in risarcimento della perduta sovranità sugli immensi territori un tempo posseduti, gli venne concessa l'Elba come luogo d'esilio. Napoleone sbarcò all'Elba, costituita in Principato, il 4 maggio dello stesso anno, prendendone pieno possesso, anche se sotto la costante sorveglianza degli inglesi.
Bonaparte si recò due volte a Pianosa, trovandola "la più interessante" delle isole vicine all'Elba, apprezzandone la ricca vegetazione e la fauna, costituita anche da "numerosi cavalli selvatici". Sotto la sua direzione fu ricostruita la torre a guardia del porto e posta alla sua difesa una batteria di sei cannoni (prelevati dalla fortezza di Portolongone) presidiata da cento militari che si avvicendavano ogni mese alloggiati nella casermetta ricostruita allo scopo.
Da parte di molti antibonapartisti l'annessione di Pianosa venne considerata un vero e proprio atto di guerra a testimonianza di come, pur in esilio, Napoleone non fosse stato del tutto piegato dai vincitori di Lipsia.
A Pianosa furono ricostruite le fortificazioni forse a causa della presenza in Corsica del governatore Brulart, risoluto nemico personale dell'Imperatore. E' probabile quindi che l'isola potesse servire, nei progetti di Napoleone come avamposto dell'Elba contro improvvisi colpi di mano provenienti dalla sua terra natale.
Napoleone diede a Pianosa, almeno sulla carta, un ordinamento militare, civile e religioso: nominò un comandante dell'isola, un comandante di presidio, un ufficiale del genio, un magazziniere, un deputato di sanità, un medico ed un cappellano.
Essendo l'isola fertile e abbondante di selvaggina, gli abitanti di Campo nell'Elba e di Marciana la coltivavano ad anni alterni, utilizzandola per pascolare il bestiame che ammontava all'epoca a circa settemila unità.
Bonaparte fece costruire alcuni piccoli edifici con materiali di riporto per facilitare l'insediamento di coloni, dato che da tempo l'isola era disabitata se si escludevano i distaccamenti militari; esentò dal pagamento di alcuni balzelli gli operai che si recavano a Pianosa per eseguire i lavori da lui ordinati. L'intenzione era quella di stabilire a Pianosa 40 famiglie assegnando loro in anticipo una somma in denaro, due bovini da lavoro, due mucche da latte, dieci pecore, sei sacchi di semenze, la proprietà di un quarantesimo di uliveto nonché l'esenzione da imposte per cinque anni.
Sull'isola furono inviati anche alcuni reclusi per sfoltire il carcere di Portoferraio troppo affollato. Napoleone stesso sorvegliava il buon andamento dei lavori a Pianosa, che si interruppero per l'arrivo di inviati francesi probabilmente emissari dei bonapartisti, i quali premevano per il suo urgente ritorno in Francia.
Bonaparte lasciò l'Elba il 26 febbraio 1815 dando origine ai "cento giorni". Sconfitto nella battaglia di Waterloo, (18 giugno 1815) verrà esiliato a Sant'Elena, nell'Oceano Atlantico, dove morirà nel 1821.
In base agli accordi stipulati nel 1815 fra le potenze vincitrici durante il Congresso di Vienna, l'Elba e le isole limitrofe furono inglobate nel Granducato di Toscana, retto all'epoca da Ferdinando III, e vi rimasero sino al 27 aprile 1859, nel gennaio 1860 gli abitanti votarono in massa per l'annessione al Regno d'Italia.
Il governo toscano ultimò i lavori avviati da Napoleone su Pianosa, insediandovi una guarnigione di 40 guardiacoste e fu tentato invano di affittare l'isola a proprietari terrieri elbani, ma costoro la trascurarono al punto di lasciarla deserta e quasi spoglia di vegetazione.
Nel 1817 Pianosa fu oggetto dell'attenzione dell'accademia dei Georgofili di Firenze: il prof. Antonio Targioni Tozzetti in una lezione descrisse la situazione di flora e fauna insulari, lamentando l'eccessivo sfruttamento in tutti i sensi operato dagli agricoltori elbani.
Nel 1829 fu tentata da parte del comandante del distaccamento di Pianosa, Giovanni Domenico Murzi, la piantagione di una vigna di 18000 viti, che in seguito produsse un ottimo vino.
Leopoldo II Granduca di Toscana visitò l'isola con la sorella Maria Luisa nel 1833.
Secondo un progetto del conte Attilio Zuccagni Orlandini, era possibile tentare un esperimento di ripopolazione e coltivazione dell'isola. In proposito il conte richiese anche il parere dell'accademia dei Georgofili di Firenze, che lo invitò a proseguire nell'intento. Il conte Zuccagni costituì una società con il console prussiano a Livorno, Carlo Stichling, il governo toscano affittò loro l'isola per la somma di 1500 fiorini all'anno, esonerandoli dalle imposte per un decennio. Attorno al 1835 iniziarono i lavori di restauro delle abitazioni. Impossibilitato a terminare l'impresa, Stichling cedette la propria quota al ministro prussiano a Firenze, conte Carlo Godardo Schaffgotsch nel 1841. I risultati positivi non mancarono: furono restaurate le abitazioni civili, le fortificazioni, si tentò con successo di piantare ulivi, vi si importarono tutti i tipi di animali da allevamento. Entro pochi anni l'impresa fu però abbandonata, dato che nel 1855 Pianosa ritornò in diretto possesso del governo toscano.
Nel 1856, a titolo sperimentale fu istituita nell'isola una colonia di correzione per minorenni.
Attorno alla metà dell'Ottocento Pianosa era dunque già destinata a luogo di reclusione: sull'isola furono infatti relegati i "sovversivi" e tutti coloro che attentavano sia verbalmente che materialmente alla sicurezza del governo granducale. Non si trattava di una carcerazione vera e propria, soprattutto per i politici, bensì di una sorta di domicilio coatto riservato ai carbonari, ai mazziniani ed agli anarchici in genere, quasi tutti provenienti dall'Elba e dal livornese.
Nel 1858 viene istituita "la colonia penale agricola della Pianosa" e furono inviati sull'isola i condannati "al carcere, alla casa di forza, ed all'ergastolo a tempo", tutti destinati ad occuparsi dei lavori nei campi. Nel 1861, al momento della proclamazione dell'unità d'Italia, il totale dei reclusi ammontava a 149.
