Стилистически близок к этой росписи и исполненный им алтарь для церкви Сан Дзено в Вероне, написанный между 1456 и 1459 гг. В 1454 г. Мантенья женился на Николозе, дочери венецианского живописца Якопо Беллини, сестре двух выдающихся мастеров XV в. – Джентиле и Джованни Беллини. В 1460 г., приняв приглашение маркиза Мантуи Лодовико Гонзага, Мантенья обосновался при его дворе. В 1466–1467 гг. он посетил Тоскану, а в 1488–1490 гг. – Рим, где по просьбе папы Иннокентия VIII (1484–1492 гг.) украсил фресками его капеллу. Возведенный в рыцарское достоинство, занимая высокое положение при дворе, Мантенья прослужил семейству Гонзага до конца жизни. Из многочисленных работ, выполненных им для герцога, самой значительной является роспись мантуанского дворца (около 1468 – 1474 гг.). На стенах так называемой «брачной комнаты» Мантенья представил сцены из жизни герцога и его семьи. В этих росписях суровость раннего стиля Мантеньи несколько смягчается, резкость контуров сглаживается, моделировка становится более мягкой. Эти изображения являются первыми примерами группового портрета в западноевропейском искусстве. Большой интерес представляет попытка иллюзорного решения плафона: над изображенным в ракурсе парапетом простирается безграничное небо с плывущими облаками. Подобные иллюзорные построения в то время еще не были известны европейскому искусству и получили распространение лишь намного позднее. Одним из самых замечательных образцов пространственно-иллюзионистической живописи Мантеньи является роспись Камеры дельи Спози в палаццо Дукале в Мантуе, законченная в 1474 г. Квадратное помещение здесь визуально трансформировано фресками в легкий, воздушный павильон, словно закрытый с двух сторон написанными на стенах занавесями, а с двух других сторон открывающий изображение двора Гонзага и пейзажную панораму на дальнем плане. Свод Мантенья разделил на компартименты и поместил в них в обрамлении богатого антикизированного орнамента изображения бюстов римских императоров и сцен из классической мифологии. В верхней части свода написано круглое окно, через которое видно небо; богато одетые персонажи глядят вниз с балюстрады, данной в сильном перспективном сокращении. Этот фресковый ансамбль является не только одним из первых в новом европейском искусстве примеров создания на плоскости иллюзорного пространства, но и собранием очень остро и точно трактованных портретов (членов семьи Гонзага). Цикл монохромных картин «Триумф Цезаря» (1482–1492 гг.) был написан по заказу Франческо Гонзага и предназначался для украшения дворцового театра в Мантуе; эти картины плохо сохранились и в настоящее время находятся во дворце Хэмптон-Корт в Лондоне. На девяти больших холстах изображена длинная процессия с огромным количеством античных скульптур, доспехов, трофеев. Ее движение достигает кульминации в торжественном прохождении перед Цезарем-победителем. Картины отражают обширные знания Мантеньи в области античного искусства и классической литературы. В этом цикле и в Мадонне делла Витториа (1496 г., Париж, Лувр), написанной в память о военной победе Гонзаго, искусство Мантеньи достигло наибольшей монументальности. Формы в них объемны, жесты убедительны и ясны, пространство трактовано широко и свободно. Для студиоло (кабинета) Изабеллы д'Эсте, жены Франческо Гонзага, Мантенья написал две композиции на мифологические темы (третья осталась незаконченной): «Парнас» (1497 г.) и «Минерва, изгоняющая пороки» (1502 г., обе в Лувре). В произведениях Мантеньи (таких, как картина «Моление о чаше»; Лондон, Национальная галерея) в жесткой линеарной манере исполнены не только человеческие фигуры, но и пейзаж, где каждый камень и былинка тщательно исследованы и прописаны художником, а скалы испещрены изломами и трещинами.