В 1156 г. Юрий Долгорукий построил новую крепость, значительно расширив ее границы. Протяженность земляного вала и деревянных укреплений достигала 1200 м.
В 1177 г. Кремль был сожжен рязанским князем Глебом. Возрожденный москвичами, он был уничтожен татаро-монголами в страшный год нашествия Батыя на Москву (1238). Город был сожжен дотла. Но русские люди вновь возродили Москву, и уже к середине XIV века она утвердила свое первенство среди городов северо-восточной Руси.
При Иване Калите Кремль, ставший резиденцией великого князя и московского митрополита, раздвигает свои границы. На его территории возводятся первые каменные постройки, а в 1339–1340 гг. строится новая крепость «в едином дубу», длина стен которой достигает 1700 м.
В 1367–1368 гг. при великом князе Дмитрии Донском дубовые стены и башни были заменены белокаменными. Границы новой крепости почти достигали нынешних пределов, а длина стен — двух километров.
В конце XV века завершается процесс объединения русских земель в единое централизованное государство во главе с Москвой и освобождения русского народа от татарского ига. За Кремлем окончательно закрепилось значение государственного центра Руси. Это нашло свое выражение и в размахе каменного строительства в Кремле. В этот период складывается кремлевский ансамбль.
За сравнительно короткий срок (конец XV — начало XVI века) были построены каменные соборы, степы и башни Кремля, Грановитая палата и другие сооружения. Строительство новой крепости началось с южной стороны. В течение 1485–1495 гг. было завершено строительство стен и башен Кремля. Они возводились с учетом рельефа. В 1508–1516 гг. реку Неглинную соединили с Москвой-рекой искусственным рвом, проложенным вдоль восточной стены Кремля. Ров, глубиной более 10 м и шириной около 32 м, был выложен белым камнем и укреплен зубчатыми стенами.
Система укреплений Кремля включала также подземные сооружения — тайники (для укрытия людей и ценностей и для обеспечения защитников крепости водой) и подземные галереи — «слухи» (для борьбы с подкопами и для вылазок защитников).
Защищенная с юга Москвой-рекой, с севера и запада — рекой Неглинной, а с востока — рвом, новая крепость была выдающимся фортификационным сооружением своего времени. Она по праву считалась неприступной и вошла в историю как памятник воинской славы русского народа, символ героических традиций его многовековой борьбы за свободу и независимость родины.
Территория Кремля расширилась до 28 га. Общая протяженность стен достигла 2235 м, их высота — от 5 до 19 м, толщина — от 3,5 до 6,5 м. Над стенами поднимаются на 2–2,5 м зубцы с бойницами. Их общее число — 1045. Зубцы завершаются «ласточкиными хвостами». Вдоль стен было построено 18 боевых башен. В XVI веке число башен достигло 20. 19 из них расположены по периметру стен, двадцатая — Кутафья — предмостная. Первоначально башни Кремля были значительно ниже и кончались плоскими боевыми площадками. В XVII веке они надстроены декоративными шатрами.