Alla fine degli anni '30, papa Urbano e i suoi nipoti Barberini entrarono in conflitto con i duchi Farnese di Parma scatenando il conflitto noto come la prima guerra di Castro . Nel 1641 Mattei fu nominato "Luogotenente Generale" delle armate pontificie e per questo ricevette uno stipendio mensile di 343 scudi. Il 12 ottobre guidò 12.000 fanti e 3.000 cavalieri contro la città fortificata di Castro che era sotto il controllo dei Farnese. Sebbene si stimi che i Farnese avessero ammassato un esercito di dimensioni simili, le forze di Mattei incontrarono pochissima resistenza e la città fu costretta ad arrendersi. La vittoria di Mattei a Castro è stata immortalata nella canzone di Marco Marazzoli .