Signorelli svolse una notevole attività a Città di Castello, dominando il gusto locale e lasciando una impronta duratura anche attraverso l’opera di imitatori e seguaci. Apprezzatissimo dalla famiglia Vitelli, egli eseguì vari ritratti dei principali membri di quel casato, ritratti oggi sfortunatamente non più a Città di Castello: Niccolò Vitelli (Birminghan, Barber Institute of Fine Arts); Camillo e Vitellozzo figli di Niccolò (Settignano, Collezione Berenson).

L’Adorazione dei Magi, già in S. Agostino, è oggi al Louvre; il Presepio, già in S. Agostino, è oggi a Napoli nel Museo Nazionale di Capodimonte; l’ Adorazione dei Pastori già in S. Francesco è a Londra nella National Gallery.

L’unica opera autografa del Signorelli oggi a Città di Castello è il Martirio di S. Sebastiano, già in S. Domenico e ora in Pinacoteca; dipinto di grande interesse, databile verso il 1497-’98, chiaramente in rapporto con la tavola di ugual soggetto del Pollaiolo. Sebbene qualche tratto del dipinto denunci la presenza della bottega, l’opera con la sua esasperata tensione di moti è emblematica dello stile del Signorelli.

Questa pala esercitò un notevole fascino sul giovane Raffaello durante il suo soggiorno a Città di Castello, come prova soprattutto il bel disegno che ne trasse (Oxford, Ashmolean Museum). Il predominio dell’arte del Signorelli in ambiente tifernate conferma la vocazione toscana di Città di Castello e impedì la penetrazione del Perugino.