Proveniva dalle colline del Mugello dove era cresciuto dopo la morte del padre. Fu nominato duca anche se non era di fatto di "discendenza pura" nella genealogia dè Medici e fece parte del consiglio dei Quarantotto.
1537
A 17 anni Cosimo salì al potere, dopo l'assassinio del duca di Firenze Alessandro dè Medici. Secondo le cronache dell'epoca il delitto fu organizzato da Lorenzino dè Medici, cugino del duca Alessandro che non volle ricoprire il ruolo del suo parente assassinato ma, anzi, colse l'occasione per lasciare definitivamente Firenze e rendersi irreperibile per paura di essere bersaglio. Nessuna delle famiglie più importanti sembrava essere in grado di prendere il posto dei Medici quando Cosimo, allora pressoché sconosciuto, apparve in città, seguito da pochi servi. Le truppe nemiche marciarono su Firenze sotto la guida di Piero Strozzi. Cosimo venne a sapere dell'avvicinarsi delle truppe nemiche e inviò la cavalleria, comandate dal comandante Alessandro Vitelli, a bloccare i nemici. Lo scontro avvenne nei pressi.
1537, 1° agosto
Presso la rocca di Montemurlo dopo una estenuante battaglia che vide le truppe di Vitelli avere la meglio, Vitelli su ordine di Cosimo, assaltò il castello, dove lo Strozzi ed i suoi compari si erano rifugiati. L'assedio alla rocca fu breve: dopo poche ore le truppe di Cosimo conquistarono la rocca. Riservò ai rivoltosi la decapitazione presso il palazzo del Bargello.