La dinastia dei Paleologi seguì nel Monferrato a quella degli Aleramici, estintasi nel 1305 con la morte di Giovanni I. Una sorella del defunto marchese, Iolanda (Irene, come imperatrice d'Oriente), consorte dell'imperatore Andronico Paleologo, chiamata alla successione, mandò in Italia il secondogenito Teodoro I (1305-38), il quale dovette difendere con le armi il suo stato dalle pretese dell'aleramico Manfredo IV di Saluzzo.
Il riconoscimento e l'investitura che Teodoro ottenne da Enrico VII (1310) pose termine alla questione. Giovanni II (1338-1372), ardito e ambizioso, prese parte attiva alle lotte locali, combattendo a volta a volta contro Acaia, Angiò, Savoia, Visconti; e assicurò Asti alla sua casa, togliendola ai Visconti. Ma il figlio Secondotto (1372-78) si lasciò riprendere la preziosa conquista da Gian Galeazzo Visconti, compromise con la sua politica inetta le sorti dello stato, si alienò l'animo dei sudditi per i suoi istinti violenti e sanguinarî, e finì assassinato. Il giovanissimo suo fratello, Giovanni III (1378-81), cadde combattendo a fianco del tutore Ottone di Brunswick, marito di Giovanna I d'Angiò, contro Carlo di Durazzo a Napoli; e lasciò il marchesato al terzo fratello, Teodoro II (1381-1418), che guerreggiò a lungo per difendersi dalle insidie dei Savoia, tenendosi quasi sempre stretto ai Visconti, ed ebbe per qualche anno (1409-13) la signoria di Genova, nonché il vicariato imperiale della Lombardia (1414).
Sotto il governo del fiacco e malaccorto Giangiacomo (1418-45), una buona parte del Monferrato cadde per i raggiri di Amedeo VIII nelle mani dei Savoia. Neppure i successori, il timido Giovanni IV (1445-64), il pur fiero e valoroso Guglielmo VIII (1464-83), Bonifacio III (1483-94), vecchio e stanco, riuscirono mai a liberarsi dalla stretta sabauda, e poterono evitare il peggio soltanto cercando protezione e difesa nei duchi di Milano, infidi amici, nell'impero, nella Francia.
La debolezza del marchesato e la creduta prossima estinzione dei Paleologi suscitarono alla fine del sec. XV le cupidigie degli stati vicini (Savoia, Milano, Saluzzo). Ma Bonifacio III ebbe in tarda età due maschi: Guglielmo IX (1494-1518), a cui successe il figlio Bonifacio IV (1518-30), e Giangiorgio (1530-33), che assunse il potere quando il nipote soccombette a una caduta da cavallo.
Con Giangiorgio terminò la dinastia, e il marchesato passò, in seguito a sentenza di Carlo V, a Federico Gonzaga di Mantova, che aveva sposato Margherita, sorella di Giangiorgio.