Alla morte di Carlo, nel 1429, i tre nipoti adolescenti, legittimati e adottati dallo zio, ereditano un dominio vasto ma insidiato da nemici interni ed esterni. Sarà Sigismondo Pandolfo a salvare lo stato, mettendo in evidenza un carattere risoluto e impavido unito ad attitudini militari di prim'ordine. Dopo la morte del fratello Galeotto Roberto, nel 1432, divise lo Stato con il fratello superstite Malatesta Novello: a quest'ultimo toccarono Cesena e Bertinoro; Sigismondo rimase unico signore di Rimini e di Fano.

Da quel momento, circondato da una fama crescente di valentia militare, Sigismondo si inserì nel gioco politico delle maggiori potenze dell'Italia centrale e padana. Sostanzialmente fortunato fu il ventennio successivo, in cui Sigismondo potè ampliare il suo dominio con il riacquisto di Cervia nel 1433 e , dieci anni dopo, con la conquista di Senigallia e di Mondavio.

Le fortune di Sigismondo cominciarono tuttavia a subire una battuta d'arresto nel 1450 con il fallito tentativo di conquistare Pesaro; ma è solo nel 1458 con l'ascesa del pontificato di Pio II, l'umanista senese Enea Silvio Piccolomini, suo implacabile nemico, che si ha il collasso definitivo della Signoria di Sigismondo Pandolfo Maltesta. La crociata banditagli contro dal Papa, i risultati disastrosi delle varie campagne militari, e infine anche i gravi errori di valutazione commessi da Sigismondo, portarono in un quinquennio, dal 1458 al 1463, alla totale dissoluzione dello stato e Sigismondo potè conservare, a stento, la sola Rimini con una esigua parte del suo contado.
Agli anni fortunati del suo governo sono ovviamente riferibili tutte le sue grandi imprese edificatorie. Sigismondo aveva un vero e proprio genio per l'architettura e l'urbanistica e fin dai primi atti di governo fu animato, come nessun altro suo predecessore, da una furia edificatoria altrettanto vasta nei propositi, quanto grandiosa nella realizzazione:

da Senigallia, a Fano, alle tante rocche del riminese, trasformate, ingrandite e abbellite sotto la direzione dell'architetto 'malatestiano' per eccellenza, Matteo Nuti.
Ma è soprattutto a Rimini che Sigismondo lasciò i monumenti più vistosi e significativi del suo governo e della sua sete di gloria presso i posteri: il Castello intitolato al suo nome è il 'Tempio' destinato a rendere perenne testimonianza di fama al suo valore.