El 13 de noviembre de 1811, en plena Guerra de la Independencia, las murallas del castillo fueron escenario del fusilamiento del célebre guerrillero conocido como el tío Camuñas. A las tropas francesas se les atribuye también el deterioro de parte de los pórticos de la fortaleza, daños que más tarde fueron descritos por José María Quadrado en 1853 y, pocos años después, por Carvajal y Rueda en 1857.

La gran impulsora de su recuperación fue Eugenia de Guzmán, más conocida como la emperatriz Eugenia de Montijo y heredera de la casa de Villena. A partir de 1857 emprendió una ambiciosa restauración con el objetivo de devolver al castillo su antiguo esplendor. Mientras que las defensas exteriores fueron rehabilitadas con fidelidad al proyecto original, el interior reflejó el gusto estético de la época. El arquitecto Alejandro Sureda cerró las galerías que daban al patio empleando ladrillo y adoptando un estilo neogótico. Sin embargo, con la caída del Segundo Imperio francés en 1870, las obras se paralizaron, tras haber invertido la emperatriz más de millón y medio de reales en el proyecto, según relata Torres Mena en Noticias conquenses.

Entre 1881 y 1885, el castillo fue ocupado por dominicos franceses que lo adaptaron como monasterio. Posteriormente, Hernando Fitz-James Stuart y Falcó, duque de Peñaranda y sobrino-nieto de la emperatriz, retomó algunas obras de restauración e incluso llegó a habitar la fortaleza.

El 3 de junio de 1931, el edificio fue incluido en el Tesoro Artístico Nacional, figura equivalente al actual Bien de Interés Cultural. A lo largo del siglo XX, el castillo conoció diversos usos: sirvió como cárcel del partido judicial de Belmonte, más tarde como academia de mandos del Frente de Juventudes, y tras ello cayó en una etapa de semiabandono que agravó su deterioro.

En las últimas décadas, tanto en el siglo XX como en el XXI, la fortaleza sufrió nuevos estragos hasta quedar en un estado preocupante de conservación. No obstante, la propiedad —que aún pertenece a la casa ducal de Peñaranda, descendientes de la duquesa de Alba María Francisca de Sales Portocarrero, hermana de Eugenia de Montijo—, en colaboración con el ayuntamiento de Belmonte y el Ministerio de Fomento, impulsó un ambicioso plan de rehabilitación. Gracias a ello, el castillo pudo abrir sus puertas al público en el verano de 2010. Una segunda fase de restauración concluyó en 2017, permitiendo que el monumento se consolidara como uno de los grandes referentes patrimoniales de Castilla-La Mancha.