23 października na zamku podpisano unię mielnicką między Królestwem Polskim i Wielkim Księstwem Litewskim, a 6 listopada król udał się do Krakowa na koronację. Aleksander przybywał też na zamku w 1503 i 1504 roku.
Zamek renesansowy W 1506 roku na zamku na koronę polską oczekiwał Zygmunt Stary. Ponownie na zamku przebywał w 1513 roku i mieszkał w nim miesiąc. W czasach panowania Zygmunta Starego w latach 40. XVI wieku zamek przebudowano na rezydencję w stylu renesansowym, przedkładając cechy reprezentacyjne nad obronne. Pracami kierował być może starosta mielnicki Nikodem Janowicz Świecko herbu Dąbrowa. Wieża wjazdowa na zamek niski była murowana, a w części południowo-zachodniej zamku dolnego zbudowano dwukomorowy piec. W tym też okresie nadsypano plateau części wzgórza w kierunku północnym i wschodnim, poszerzając obszar zajmowany przez zamek dolny i niwelując starszy wał. W południowo-wschodniej części poszerzonego wzgórza powstał nowy dom zamkowy. Wieża na zamku górnym, pierwotnie miała trzy kondygnacje i wieżyczkę, ganek wychodzący na dziedziniec. Druga kondygnacja była połączona z dwoma wychodzącymi poza lico basztami. Na dziedzińcu znajdowało się więzienie określane jako „izba czarna”. W 1545 na zamku więzieni w niej byli kniaziowie moskiewscy: Fiedor Owczyna, Jendrej Palecki, Michałko Oboleński.