Détail d'une carte (ou d'une copie ultérieure d'après la graphie des annotations) décrivant la seigneurie de Chaux au XVIe siècle.
En 1240, Gaucher, petit fils de Simon II, sur demande de son suzerain Jean de Chalon 1er, comte de Bourgogne, fit serment de ne pas construire de nouvelles forteresses sur ses terres. La lignée
jurassienne des Commercy s'éteignit à la fin du XIIIe siècle avec Gaucher III, sans héritier mâle . L'une de ses filles, Marguerite, transmit par mariage la baronnie à un seigneur
d'Arbon. Le XIVe siècle fut une période noire pour la région, voyant tour à tour la peste décimer jusqu'à 90% de la population locale et les "grandes compagnies" revenues de la guerre contre les anglais, pillant et
rençonnant sans vergogne la campagne environnante.
A son tour cette lignée s'éteignit vers 1430, et la veuve du dernier d'Arbon épousa un noble originaire
de Salins, Jean II de Poupet. La renommée de cette famille dépassa largement les frontières de la Comté, car l'un de ses fils, Jean III, de prévôt du chapitre de Saint-Anatoile à Salins devint évêque
de Chalon-sur-Saône en 1460. Son frère, Guillaume, fut nommé conseiller du duc de Bourgogne Philippe le Bon en 1447 puis receveur des finances. Il prit en 1461 le titre de maître d'hôtel du duc Charles le Téméraire.
Louis XI, lors de sa guerre contre les duc et comte de Bourgogne épargna le château de la Chaux, à la différence de la plupart des forteresses de la région, peut-être en raison des jours passés au château
lorsqu'il était encore dauphin. C'est au cours et à la fin de ce XVe siècle et au début du XVIe, à l'instar de Nozeroy, que les premiers gros remaniements intervinrent à l'aube de la Renaissance : Nouveaux corps de
logis construits contre les remparts de la haute cour, ajourés de fenêtres à meneaux et couverts de toiture en tuiles, partiellement vernissées. Des éléments de décoration retrouvés dans les fossés
nous sont parvenus, dont une console représentant Bacchus. Les premières marches d'un escalier à vis de belle facture sont repérables à l'angle est de la cour intérieure du château, inscrites dans une tour hexagonale
très typique des aménagements du XVe siècle en Comté et Duché de Bourgogne. Le château au XVe siècle était également connu pour abriter une riche bibliothèque, qui servit à Olivier
de la Marche (écuyer de Philippe le Beau, duc de Bourgogne et père de Charles-Quint) à l'écriture de ses Mémoires. Il semble qu'elle ait tristement terminé sa carrière au cours d'un hiver de la guerre de 10
ans (au XVIIe siècle) comme combustible de chauffage de la garnison et de son capitaine...
C'est également à la fin du XVe siècle que l'église fut remaniée
et agrandie. La nef et les collatéraux furent voûtés avec croisées d'ogives. Un chevet gothique muni de trois hautes baies fut aménagé, et quatre petites baies en ogive furent percées de part et d'autre du portique
et sur les collatéraux. Dédiée à l'origine à Sainte Marguerite (tout comme la chapelle castrale du château de Mont Rivel) puis à Saint André, elle abrite encore aujourd'hui de magnifiques statues toutes
classées du XVe et XVIe siècle, dont trois très remarquables : Saint Paul, Sainte Marguerite terrassant un dragon en bois polychromé, et une très belle Vierge à l'Enfant en albâtre.