Следующая коренная перестройка Новгородского кремля началась после присоединения Новгорода к Москве, когда политическим хозяином Детинца становится московский великий князь. Отныне все постройки в Детинце и ремонт его делаются по повелению из Москвы, хотя и не всегда на московские деньги. Не прошло и века после последней перестройки Детинца, и стены его еще не успели обветшать, но они уже не соответствовали новой военной технике того времени. В 1484 году «повелением великого князя Ивана Васильевича начаша здати град камен Детинец по старой основе». Новая перестройка была столь значительной, что фактически он был построен заново, хотя летописец и подчеркнул, что возведен он был «на старой основе». Археологические раскопки подтвердили, что стены и башни были поставлены на прежнем месте.[18]
При Иване III и архиепископе Геннадии были возведены круглые башни на месте более древних, тоже круглых. Основание их составляют огромные и величественные подземелья, служившие в старые времена тайниками и темницами, а потом превращенные в погреба и кладовые. Новгородский кремль XV века представлял собой мощную оборонительную систему с двенадцатью каменными башнями, пять из которых были проездными, а остальные — глухими. Стены завершались двурогими зубцами и имели деревянную кровлю, башни покрывались невысокими шатрами.
С середины XVI века в Новгороде появились воеводы сначала в качестве военачальников при наместниках. Однако к XVII веку в их руках сосредоточилась почти вся власть, так как Новгород был одним из важнейших пограничных городов Русского государства. Влияние и авторитет воевод были так велики, что они пользовались правом самостоятельного чекана монеты на своем денежном дворе.
Специальный Воеводский двор появился только в начале XVII века, а окончательно он оформился в юго-западной части Детинца только к 1670-м годам. Он представлял собой большую усадьбу городского типа, состоявшую из нескольких жилых и хозяйственных построек, огражденных деревянным тыном. Однако во время народных восстаний воевода не мог укрыться в своем дворе: например, в 1650 году он вынужден был спасаться в неприступном Владычном дворе.
Центральным служебным помещением воеводы была Приказная палата, располагавшаяся к северу от Воеводского двора. Это было большое по тем временам здание, в котором находились «столы» — обрядный, посольский, денежный, поместный, судный, хлебный и др. Подьячие этих столов распоряжались определенными сторонами жизни Новгорода. В Приказной палате в ларце, обклеенном бархатом, хранилась государственная серебряная с золочением печать, которой скреплялись челобитные, зазывные, повинные и другие внутренние дела.