Brezales oromediterráneos. Fotografía: Tasón
Las aves son el grupo faunístico de vertebrados más diverso de la zona. En los roquedos nidifican el águila perdicera, especie en peligro de extinción que cuenta con un programa específico de conservación, y otras especies protegidas como el águila real, el halcón peregrino, el buitre leonado y la chova piquirroja. En los bosques habitan halcones abejeros, milanos reales, águilas culebreras y calzadas, gavilanes comunes y azores, rapaces nocturnas como el cárabo, y otras pequeñas aves forestales de gran interés como torcecuellos, picos picapinos, piquituertos, trepadores azules o reyezuelos sencillos.
En las cabeceras de los ríos es posible avistar mirlos acuáticos y lavanderas cascadeñas y, en las ramas más altas de los espinos, a los alcaudones dorsirrojos. Pero quizás la especie más singular sea el pechiazul, que en Castilla-La Mancha solo nidifica en los pastizales y piornales de alta montaña del Parque Natural, en compañía del bisbita alpino y el acentor común.
Entre los mamíferos, en los bosques de la Sierra Norte de Guadalajara son abundantes el corzo y el jabalí. También habitan diversas especies de carnívoros como el gato montés, la garduña, la gineta o el tejón. Destaca especialmente el lobo, especie catalogada en peligro de extinción en Castilla-La Mancha y que está recolonizando este territorio. Se está desarrollando un programa de conservación específico para esta especie que tiene como objetivo lograr su asentamiento estable en el Parque Natural, de forma compatible con la actividad ganadera.
En las pedrizas y canchales habita otra especie de interés: el topillo nival, que cuenta con diversas colonias en las montañas del Parque Natural. También están presentes en el Parque diversas especies de mamíferos insectívoros, como la musaraña ibérica o el erizo europeo.
En el grupo de la herpetofauna destacan especies como el lagarto verdinegro, que habita en los rebollares húmedos y cotas altas del Parque, la lagartija roquera, o el galápago europeo, especie muy escasa con una única población en el río Lozoya. En cuanto a los anfibios, la salamandra, el tritón jaspeado y el sapo partero común cuentan con escasas poblaciones, muy amenazadas debido a la fragilidad de sus hábitats. Por ello se ha puesto en marcha un programa de conservación de anfibios, que asegure su conservación.
En cuanto a los peces, son valiosas las poblaciones de trucha común. Estas presentan altos niveles de pureza genética y pueden considerarse como las últimas poblaciones de los ríos silíceos de la cuenca del Tajo que mantienen el acervo genético original.
Entre los invertebrados, en el grupo de los insectos se han identificado más de 450 especies distintas en el Parque Natural, algunas de ellas especies protegidas. Es el caso del ciervo volante, un coleóptero típico de bosques maduros; del caballito del diablo azul o “bella dama”, que vive en los ríos de montaña próximos a bosques, o de la mariposa apolo, que habita en prados de montaña y se nutre de diversas plantas del género Sedum.