Любимое дело Николая Павловича еще в бытность его великим князем, военное и крепостное строительство продолжало развиваться и в продолжение всего его царствования. С помощью созданного им корпуса военных инженеров был выполнен целый ряд работ, положивших основание и отчасти осуществивших на долгое время систему обороны границ государства. Большинство этих работ привлекало к себе постоянное внимание самого государя, входившего в самые мелочные подробности исполнения крепостных построек. Помеченный план укрепления границ не был, однако, вполне закончен к концу николаевского царствования, и к 1853 г. часть пограничной линии оставалась недостаточно защищенной. В царствования императора Николая I были вновь построены следующие крепости и укрепления: Бомарзунд (на Аландских островах), Александровская цитадель в Варшаве, Новогеоргиевск, Ивангород, Брест-Литовск, Виленская цитадель, Новые Закаталлы, Александрополь (Гумры), Шуша, Ленкоран, ряд укреплений по закаспийской границе (новая Оренбургская линия, Оренбургское укрепление, Уральское, Новопетровское и др.) и по кордонной линии Западной Сибири. Кроме того, покорены и завоеваны Модлинская (Новогеоргиевск), Замосцкая, Эриван, Ахалцих, Анапа и Поти. Кронштадт, Ревель, Рига, Динабург (Двинск), Бобруйск, Киевская крепость, Измаил и Севастополь были перестроены и частью расширены. К концу николаевского царствования недостаточность пограничной обороны выражалась, между прочим, в следующем. Кронштадтские укрепления частью были не закончены, частью заключали в себе немалые технические недостатки. Существовавшее мнение о непреодолимости Кронштадта, которое разделял и сам император Николай, было преувеличенным; северный фарватер, вопреки этому мнению, оказывался проходимым для военных судов. Не были закончены работы в Бомарзунде, Свеаборге, Ивангороде, Брест-Литовске и Киеве. На всей западной границе вполне удовлетворяла современным требованиям одна лишь Новогеоргиевская крепость. Оставались слабо защищенными: эстляндское побережье, пограничная линия с Персией и закаспийская граница. Почти совершенно не защищены были: северная граница (от Норвегии до Северной Двины), где была всего одна Новодвинская крепость, и дальневосточная граница, где единственным укрепленным пунктом был Петропавловский порт.
Одновременно с реформой военного управления была произведена после волнений 1831 г. реформа военных поселений, в сущности совершенно их упразднившая. В пехоте округа военных поселений были переименованы в округа пехотных солдат, предназначенные лишь для расквартирования войск и обязанные сами лишь обыкновенной рекрутской повинностью. В кавалерии действующая часть полков была отделена от поселенной, и на последнюю точно так же была возложена рекрутская повинность. Новые военные поселения на таких началах были устроены в николаевское царствование в 1837 г. в Киевской и Подольской губерниях из конфискованных имений польских мятежников, и с 1838 г. – г. Умань, на Кавказе и в Закавказье. С 1835 г. департамент военных поселений ведал и иррегулярные казачьи войска. На устройство и развитие последних в николаевское царствование было обращено большое внимание, главным образом ввиду необходимости заселения и обороны вновь занятых земель на Кавказе, в Закаспийском крае и на Амуре. Отдельные казачьи войска получили новые положения