Fortyfikacje Smoleńska składały się z fosy, dwóch bram, pierścienia murów oraz naturalnej osłony w postaci rzeki. Na murach w dość gęsty sposób były poustawiane baszty, z których można było prowadzić ostrzał przeciwnika. W środku miasta znajdowała się wieża, która mogła służyć jako ostatni punkt obrony.
Obmurowania twierdzy zostały znacznie rozbudowane na przełomie XVI i XVII wieku. Po zajęciu miasta Polacy częściowo zastąpili uszkodzone mury nowocześniejszymi umocnieniami ziemnymi. W trakcie wojny polsko-rosyjskiej najsłabszym elementem obronnym fortyfikacji była konstrukcja jej zachodniej części, co pozwalało na podkładanie ładunków wybuchowych (co zresztą Polacy uczynili).
Po zdobyciu twierdzy, w latach 1629–1631, wyburzono ten odcinek murów wraz z dwiema basztami, a na jego miejscu wybudowano wzorowaną na nowoczesnych fortyfikacjach holenderskich pięcioramienną murowano-ziemną konstrukcję, znaną pod nazwą Fortalicją Zygmuntowską.