С фортификационной точки зрения Московский Кремль представлял собой крепость переходного периода. Высокие стены, беззащитные против пушечного огня, достались ему в наследство от средневековых крепостей, но заметно увечившееся число башен, предназначенных для размещения сильной артиллерии, было веянием нового времени. Поставленные на углах стены крупные башни — Водовзводная, Боровицкая, Собакина, Спасская, Москворецкая и Тайнинская вместе с воротной Троицкой позволяли простреливать окружающую местность из дальнобойных (по меркам того времени, конечно) орудий. Малые башни, делившие прясла стены, играли роль своего рода канониров, предназначенных для отражения открытых штурмов. Помимо собственно стен, итальянские инженеры построили два гидротехнических сооружения — плотину около Боровицкой башни, запрудившую реку Неглиная и заполненный из нее же водой ров на Красной площади. Итальянские архитекторы приняли участие в постройке еще нескольких крепостей того же типа — в Новгороде Великом, в Нижнем Новгороде, Китай-город в Москве и т. д.

По образцу и подобию Московского Кремля в XVI веке началось масштабное строительство каменных крепостей в Русском государстве. То, что не могли позволить себе отдельные княжества, теперь, благодаря централизации управления и концентрации материальных ресурсов, стало возможным. Примечательно, что новые крепости сооружались под руководством русских зодчих, которые по-своему стали развивать заложенные итальянцами идеи. В результате к концу столетия сложился своеобразный русский тип каменной крепости, заметно отличающийся от современного ему европейского.

Русские крепости сохранили высокие стены, которые стали использоваться для размещения легкой и противоштурмовой артиллерии, располагавшейся в три яруса — верхнего, среднего и подошвенного боя. Такая стена напоминала борт линейного корабля и была способна обрушить на атакующих ураганный огонь. Крупнокалиберная артиллерия размещалась в башнях, которые значительно увеличились в размерах, хотя и не превратились в рондели.

Значительно возросла толщина стен, достигая в отдельных случаях 8—10 метров комбинированной каменно-кирпичной кладки. Для увеличения прочности там, где была возможность в качестве строительного материала использовались гранитные валуны и блоки. Такая ширина стены позволяла в отдельных крепостях (Орешек, Кирилло-Белозерский монастырь) размещать артиллерию фактически в каменных казематах, до чего в Европе дошли только в XIX веке.

Таким образом, русские зодчие довели до совершенства доставшийся им в наследство итальянский образец, но новейшие тенденции в развитии европейской фортификации не были ими востребованы.

Сосредоточение управления крепостного строительства в руках централизованной власти позволило создавать не просто отдельные крепости, но целые системы из укреплений разного уровня, способные обеспечить эффективную защиту границ государства. Первой такой системой стали засечные линии на границе с Диким полем, защищавшие центральную территорию страны от набегов крымских кочевников. Они включали в себя полосу застав, собственно засечную черту, усиленную дерево-земляными крепостями, и мощные каменные крепости (Тула, Коломна и т. д.), служившие опорными пунктами для войск, развернутых на рубежах.

Русские фортификаторы пытались также усилить оборону городов за счет создания вокруг них системы вспомогательных крепостей. Так, столица Русского государства, помимо четырех поясов собственно городских укреплений (Кремль, Китай-город, Белый город, Скородом), была прикрыта с наиболее опасного, южного направления полукольцом сторожевых монастырей. Каждая из обителей была превращена в мощную крепость, а расстояние между ними позволяло обеспечить оборону промежутков за счет артиллерийского огня. Таким образом, была во многом предвосхищена идея фортовой крепости, ставшая общепринятой в Европе во второй половине XIX столетия.

Русские крепости XVI века оказались достаточно устойчивыми и с успехом отражали атаки не только кочевников, но и европейских армий. В качестве примеров можно привести успешную оборону Пскова в 1581—1582 годах от войск польского короля Стефана Батория или почти годичную оборону Смоленска от войска польского короля Сигизмунда (1609-1611).

Главной проблемой русской фортификации в это время и на протяжении следующего XVII столетия стало то, что крепостное дело в России (так же как и архитектура в целом) не вышло за рамки ремесла. Не возникали школы, не накапливались знания, не велось систематической работы по анализу и развитию фортификационной мысли. Да и сами зодчие, включая наиболее выдающихся из них, таких как Федор Конь, были самоучками, не получившими систематического образования.

Это привело к тому, что XVIII век стал для отечественного крепостного дела, по сути, тупиковым. После окончания Смутного времени были приведены в порядок и модернизированы многие из старых каменных крепостей. Однако становилось все нагляднее преимущество бастионной фортификации европейского типа. Она была дешевле, быстрее в постройке и эффективнее. Отсутствие собственной инженерной школы вынуждало к постоянно приглашать иностранных специалистов. Начиная с 50-х годов XVII века в русских документах появилось неизвестное доселе слово «инженер».

Работавшие в России строили крепости на свой манер — с земляными укреплениями бастионного типа. Так, бастионами была укреплена южная часть Земляного города в Москве. В 1632 году русское правительство осуществило интересный эксперимент — построило в Ростове Великом земляную бастионную крепость но проекту голландского инженера Яна Корнилия ван Роденбурга. Смысл строительства современной крепости в городе, расположенном вдали от любой внешней угрозы, остался для потомков неведом. Впрочем, способностями голландца остались довольны и направили его строить подобные укрепления на засечных чертах.

На юге, где главным противником были крымские татары, практически не имевшие артиллерии, в бастионных крепостях нередко устанавливали традиционные деревянные стены, игравшие роль противоштурмовых препятствий.

В отличие от пехоты или кавалерии, где иностранцы постепенно вытеснялись обученными на европейский манер русскими офицерами, ситуации в военно-инженерном деле складывалась по-другому. Фортификация XVII века была искусством, требующим знания высшей математики, черчения, основ физики и химии. Людей, знакомых с этими науками на европейском уровне, в России попросту не было. Отсутствие образованных русских кадров не давало возможности создать собственную инженерную школу. Иностранные специалисты приглашались в страну «по случаю», либо когда сами предлагали свои услуги, либо когда в них была острая необходимость. Отсутствие собственных инженерных кадров порой приводило к военным неудачам (например, провалом закончилась попытка взять Ригу в 1656 году), а главное — ставило страну в зависимость от милости соседей. Осознав русские проблемы, во второй половине XVII века Речь Посполитая и Швеция начали целенаправленно препятствовать приезду в нашу страну иностранных военных специалистов.

Этот кризис был разрешен лишь в эпоху Петра Великого, которого по праву можно считать основателем военно-инженерного дела в России. Фортификация была одним из любимых увлечений царя-реформатора. Он тщательно изучил эту область военного дела и не раз демонстрировал свои познания и практические навыки на деле. Высокая квалификация позволила Петру более тщательно подходить к приглашению в Россию иностранных специалистов, что, в свою очередь, привело к появлению на русской службе целой плеяды ведущих европейских военных инженеров.