Sau thời kỳ thịnh trị Lê Thánh Tông (1460-1497), sang đầu thế kỷ XVI, nước ta lâm vào cảnh kinh tế sa sút, đời sống nhân dân cơ cực, các thế lực phong kiến tranh chấp lẫn nhau, mở đầu cho giai đoạn phân liệt của chế độ phong kiến Việt Nam. Năm 1527, Mạc Đăng Dung phế vua Lê Cung Hoàng, lên làm vua lập ra nhà Mạc. Cựu thần nhà Lê nổi lên chống đối ở nhiều nơi, mạnh nhất là thế lực của Nguyễn Kim (Cam), với người được tôn làm vua là Lê Trang Tông. Khi cuộc chiến Lê – Mạc, hay còn gọi là Nam – Bắc Triều, đang diễn ra, năm 1545, Nguyễn Kim (Cam) bị đầu độc chết, Trịnh Kiểm được vua Lê phong Thái sư và nắm giữ binh quyền. Để thâu tóm quyền lực, Trịnh Kiểm đã tìm cách loại dần phe cánh của Nguyễn Kim (Cam), trong đó có Nguyễn Uông, con trai cả của Nguyễn Kim (Cam).
Con trai thứ của Nguyễn Kim là Nguyễn Hoàng lo lắng, tìm cách thoát khỏi mối đe dọa đó. Được khuyến khích của Nguyễn Ư Dĩ, gợi ý của Nguyễn Bỉnh Khiêm, và sự vận động của Ngọc Bảo, vợ Trịnh Kiểm, Nguyễn Hoàng được vào trấn thủ Thuận Hóa, tháng 11 năm 1558. Đi theo Nguyễn Hoàng vào Thuận Hóa năm đó không chỉ có binh lính mà cả người dân huyện Tống Sơn - quê hương của Nguyễn Hoàng và người dân ở các vùng khác. Số nhân lực này bổ sung cho Thuận Hóa, trở thành một nhân tố quan trọng cho sự củng cố và phát triển trong giai đoạn tiếp theo, trong đó, có nhiều làng ở Hương Thủy ngày nay. Năm 1570, được kiêm quản luôn Quảng Nam, Nguyễn Hoàng mới có cơ hội nhiều hơn để thực hiện ý đồ xây dựng và phát triển cơ sở trên vùng đất này. Từ đó, Nguyễn Hoàng và con cháu của mình đã từng bước biến Thuận Hóa thành bàn đạp cho sự phát triển Đàng Trong về sau.
Trước khi Nguyễn Hoàng vào trấn thủ Thuận Hóa, ở vùng đất sau này là Hương Thủy đã có các làng như An Bạc (An Cựu), Bình Lâm (Bằng Lãng), Công Minh (Công Lương), Cư Hóa (Cư Chánh), Dã Lê, Dương Hóa (Dương Hòa), Phạm Lang (Lương Văn), Phấn Võ (Vân Dương), Phù Bài, Vân Thê, Mộc Hãn (Xuân Hòa). Khi Nguyễn Hoàng vào trấn thủ, với nhân lực được bổ sung, các làng ở Hương Thủy sau này đã có sự phát triển mạnh hơn, những vùng đất mới đã có thêm người khai thác. Với các khu dân cư vốn ở phía Đông, với đồng ruộng bát ngát, các làng đã dần mở rộng hoặc lập làng mới trên cơ sở làng cũ về phía Tây và Tây Nam. Sự phát triển mọi mặt của các làng ở Hương Thủy sau này đã góp phần vào sự phát triển chung của thế lực các chúa Nguyễn, xây dựng Đàng Trong trở thành một vùng đất vững mạnh.
Nhằm củng cố thế lực và xây dựng bộ máy chính quyền vững mạnh, các chúa Nguyễn thay đổi về không gian quản lý và phương thức tổ chức. Năm 1613, chúa Nguyễn Phúc Nguyên cải tổ bộ máy chính quyền. Chúa Nguyễn đặt: trực thuộc dinh là phủ; dưới phủ có huyện, châu; dưới huyện có tổng, rồi đến xã (hoặc phường). Cấp huyện có tri huyện đứng đầu. Xã, phường, thôn thì gồm 2 loại chức dịch: Tướng thần và Xã trưởng. Xây dựng Đàng Trong trong bối cảnh đương đầu họ Trịnh ở Đàng Ngoài, vì vậy, các chúa Nguyễn đã xây dựng ở Đàng Trong một thể chế đậm tính quân sự, lấy quân đội làm chỗ dựa và ưu tiên việc binh bị. Các làng, xã, phường về sau thuộc Hương Thủy cũng không nằm ngoài guồng máy đó.
Với lực lượng di dân đông đảo, họ Nguyễn chia dân thành từng đoàn, cấp lương thực, nông cụ cho đi các nơi khai phá đất hoang, lập những làng mới. Lực lượng binh lính vừa làm nhiệm vụ quân sự, sẵn sàng chiến đấu, vừa được huy động khẩn hoang sản xuất nông nghiệp. Nhiều làng ở Hương Thủy được thành lập, phát triển theo chính sách này. Các vị khai canh, khai khẩn các làng đó phần lớn là quan quân, thuộc hạ hoặc đồng hương họ Nguyễn. Hệ thống tên gọi và mối quan hệ giữa các làng ở Hương Thủy ngày nay còn duy trì là bằng chứng của con đường phát triển đó.
Các làng đã dần chuyên nghiệp hóa, hoặc làm một nghề phổ biến của làng như Dã Lê chuyên về làm ghe thuyền, đan các dụng cụ lao động bằng tre nứa; Phù Bài chuyên về rèn, khai thác quặng sắt và săn bắt hổ; Dương Hóa chuyên khai thác gỗ; Bình Lâm chuyên khai thác gỗ và vận tải đường thủy; Thanh Lam làm giấy; Phủ Cam dệt tơ … Trong đó, Phù Bài là trung tâm luyện sắt quan trọng nhất của Đàng Trong. Và Phường Đúc với Chú Tượng ty chuyên về nghề đúc, ở đây đúc không chỉ vật dụng lao động mà cả vũ khí sử dụng trong chiến tranh.
Trong một thời gian dài hơn 200 năm, từ cơ sở Thuận Hóa, dẫu đất rộng người thưa, các chúa Nguyễn đã xây dựng Đàng Trong trở thành một thế lực hùng mạnh, đủ sức phân tranh với Đàng Ngoài. Dấu ấn của sự xây dựng đó thể hiện ở việc xây dựng, phát triển các làng. Tuy nhiên, đó cũng là quãng thời gian mà nhân dân Thuận Hóa nói chung và những làng thuộc Hương Thủy về sau nói riêng, phải trải qua quá trình đấu tranh để tồn tại trong tình thế đối đầu Trịnh - Nguyễn. Trong số những người ở các làng Hương Thủy đó, đã nổi lên danh tướng Tôn Thất Hiệp, ở làng Vân Thê, làm nguyên soái năm 23 tuổi, chỉ huy cuộc chiến của quân Nguyễn ở sông Gianh (1661 – 1662) dành thắng lợi lớn. Nguyên soái Tôn Thất Hiệp cũng chính là viễn tổ của tướng Tôn Thất Thuyết thuộc phe chủ chiến chống Pháp sau này.
Đến cuối thế kỷ XVIII, dưới thời Nguyễn Phúc Thuần (1766 – 1777), đã nảy sinh những mâu thuẫn lớn giữa nông dân với nhà chúa, do chế dộ áp bức, chiếm đoạt ruộng đất mà nông dân khai khẩn được, biến họ thành tá điền, hay nông nô, đời sống khốn khổ. Nhà sử học Lê Quý Đôn cho biết: “Vùng Thuận Hóa, Quảng Nam, ruộng đất công tương đối nhiều. Người nông dân ở đây sống chủ yếu dựa vào phần ruộng quân cấp của làng xã. Nhưng bọn địa chủ cường hào tìm cách lấn chiếm ruộng đất công, dành lấy những phần ruộng tốt. Năm 1776, Thuận Hóa có 265507 mẫu ruộng, trừ số ruộng bỏ hoan còn 153181 mẫu và 126857 dân đinh; thế mà phần lớn nông dân ở đây không có lấy một mảnh ruộng sinh sống, phải thuê ruộng giá ngày càng cao”. Về thuế má, ông viết: “Mỗi năm có hàng trăm thứ thuế, mà trưng thu thì phiền phức, gian lận, nhân dân khốn khổ về nỗi một cổ hai tròng”. Và cuối cùng ông nhận xét: “Đời sống của nhân dân Đàng Trong hết sức bấp bênh. Sức lao động, chí kiên nhẫn của họ có thừa. Đất đai, đồng ruộng mênh mông như một câu ca dao quen biết đã diễn tả: Ruộng đồng mặc sức tung hoành; Biển hồ lai láng cá bầy đua bơi. Nhưng người nông dân luôn luôn bị phá sản, phải lưu ly trôi dạt nơi này qua nơi khác”.
Tình hình cuối thế kỷ 18 đã thổi bùng ngọn lửa đấu tranh của nhân dân Đàng Trong, mà phong trào Tây Sơn là ngọn lửa lớn nhất thiêu rụi cơ cấu, giai tầng áp bức chúa Nguyễn, tiến tới đánh đổ họ Trịnh và góp phần hoàn thành công cuộc tái thống nhất đất nước, chống giặc ngoại xâm, ghi một mốc son chói lọi trong lịch sử dân tộc. Hưởng ứng phong trào Tây Sơn, nhiều làng ở Hương Thủy sau này đã tham gia, góp công vào chiến thắng của Tây Sơn.