In concomitanza con l'avvio dei lavori destinati a trasformare il villaggio in una città (1577), i Medici ritennero di far soprintendere la nuova piazza militare e commerciale che andava sorgendo da un governatore in diretto rapporto con il segretario granducale per gli affari di guerra. Ma furono senza dubbio le norme eccezionali citate, culminanti con la legge del 10 giu. 1593, che imposero di accentrare tutti i poteri, Anche quello giudiziario, nelle mani dell'alto magistrato, come avvenne di lì a poco con la designazione al governo di Livorno del cavaliere di Malta, frate Antonio Martelli (9 marzo 1595), che dapprima fu confermato di anno in anno alla stregua dei capitani giusdicenti, poi, dopo un'assenza di sette anni, venne reinvestito dell'importante carica con lettere patenti 12 nov. 1609 in via definitiva e a beneplacito del sovrano. In base alle istruzioni impartite in tale occasione - ribadite ed ampliate nei confronti dei successori - il governatore doveva essere considerato in Livorno come la persona stessa del granduca, superiore a tutti " sì circa l'arme che circa la giustizia "; doveva garantire l'ordine pubblico ed il rispetto delle leggi speciali al fine di promuovere lo sviluppo del porto franco; aveva l'espressa consegna di proteggere i mercanti e " le varie nationi con lor consoli "; vigilava sui soldati del presidio e sui " descritti delle bande n (riservisti); assicurava la regolarità degli approvvigionamenti e le condizioni di igiene e di sanità. Ai successori del Martelli venne affiancato, fin dal 1618, un giudice, qualificato poi (1624) come auditore allo scopo di garantire circa la corretta amministrazione della giustizia, da esercitarsi, peraltro, sempre in nome del governatore.
Da tale iniziale condizione originò ogni successiva evoluzione dei poteri civili e militari, e ciò in coincidenza con l'affermarsi della piazza di Livorno nella trama dei commerci internazionali. E così sempre più impegnative furono le attribuzioni nel campo militare - quando non si arrivò addirittura, sia pur episodicamente, alla coesistenza di un apposito governatore dell'armi - con giurisdizione che si estendeva a tutta la riviera di levante, e, dal 1767, anche a quella di ponente. A capo della deputazione di sanità fin quando ebbe vita l'autonomo magistrato, fu, poi, dal 1785, presidente del dipartimento di sanità costituito come organo burocratico alle sue dipendenze. Come primo tutore delle leggi di esenzione e di neutralità che presidiavano il porto franco, il governatore aveva il potere di sospendere gli editti se in contrasto con le norme speciali; poteva intervenire nei processi penali per turbativa dell'ordine pubblico con facoltà di avocarli e di procedere per via sommaria (istruzioni del 26 apr. 1774). Costituito alla testa di uno speciale collegio rappresentativo dei commercianti (cinque per ogni nazione, più il console di ciascuna), che fin dal 1643 approvava la lista dei sensali - dopo una parentesi durante la quale tale compito era stato avocato (1757-1780) dallo stesso granduca - in base al motuproprio 10 giu. 1780 gli venne riconosciuta la facoltà di accordare il libro del mezzano, fatte salve le disposizioni emanate con l'editto 24 genn. 1769  [Bandi Toscana, cod. V, n. CXLI ]  Il peso sempre più rilevante delle complesse incombenze impose di istituire fin dal 1780 (motuproprio 18 nov. e dichiarazione 10 dic. 1780) un auditore consultore, affiancato in posizione di preminenza all auditore vicario cui venivano riservate le competenze giudiziarie