欧洲十字军从拜占庭人那里学到了许多有益的经验，从而完全改变了西欧城堡防御工事和城市防卫的概念。拜占庭帝国那筑有高大城墙的城市和坚固的要塞工事，以及建有高大结实城楼的两道甚至三道同心圆式的城墙，给西欧人留下了特别深刻的印象。那时这些东西在西欧还是见所未见、闻所未闻的，因此，12世纪的西欧在城堡的建筑和城市防卫方面发生了一场巨大的革命。
　　 在后来的两个世纪里，城堡防御工事的唯一重大改进是古城堡和设防城市的永久性城墙上用石头筑成的堞眼。这些堞眼高出于城墙的顶部，这样守城士兵就可以通过狭长的堞眼直接向城墙下或城楼下的敌人射击(或者将沸腾的油或其他东西向下倾倒)，而不致遭受任何危险。但是，以前的堞眼是挂在城墙顶上的木制瞭望台或“临时围板”，因此很容易被攻城器械和射石炮发射的燃烧弹击中而彻底摧毁。
　　 经过一个周而复始的历史时期后，攻城技术又远远落后于城堡防御工事的建筑技术。人们显然已经到了智穷力竭的地步。很少有哪国的君主具有足够的技巧、能力和财富，能够并且愿意投入大量的资源去攻克敌人十分强大的城防工事。封建军队很难长时间的待在野外从事无休止的围攻战。封建征兵制征募来的士兵一年里只有几个星期能应召作战，而雇佣军的费用开支又高得惊人，因此只好不定期地加以雇佣。当时，攻城战的胜败多半取决于城里贮藏了多少食物和水，或者取决于守城部队坚守城堡的决心。
　　 15世纪初，黑火药兵器的问世很快改变了这种局面。新型炮对城堡的攻守技术产生了巨大的影响。即使是15世纪初原始的射石炮、迫击炮和加农炮也要比黑火药出现之前的攻城兵器威力强大得多。面对发射石弹的早期加农炮，最坚固的中世纪砖石建筑也会土崩瓦解。
　　 但是，这种局面并非出现于一夜之间。起初黑火药攻城炮只能起到提高士气的作用，还算不上是一种真正能够杀伤敌人的武器。1356年爱德华三世调用20门炮进攻法国加来城，该城在断绝了一切外来援助的情况下，仍然坚守了11个月以上的时间。1422年，波希米亚的胡斯拥护者向卡尔斯坦城堡发起进攻，他们动用了46门轻型加农炮，5门重型加农炮，其中包括1门中型速射炮(速射炮每天可以射击30次，而别的炮只有5至6次)，另外还有5架抛石机，总共发射了11000发加农炮弹，932发石弹，13支燃烧筒和大约32吨腐尸，但是城堡依旧巍然不动。最后，胡斯拥护者的士兵只得放弃攻城。
　　 但是，30年后的1453年，在突破坚固的君士坦丁堡防御设施的战斗中，土耳其炮兵集中火力攻击了不到二个月的时间，终于戏剧性地解决了战斗，从而结束了这样的一个历史性时期，那就是通过使用技术装备进行持久不懈的攻击并采用饿降的办法，设防坚固的城市不再是不可攻破的了。
　　 土耳其人攻占君士坦丁堡时所使用的巨型射石炮也许是最有名气和最令人生畏的了。12门这样的射石炮包括1门叫做“巴西利卡”的超级射石炮是匈牙利技师厄本为土耳其苏丹设计制造的。厄本原受雇于拜占庭皇帝，后来背离出走。“巴西利卡”炮用熟铁条制成，并用铁箍加以焊接，它的炮膛直径达36英寸，发射的石弹重1600磅，射程在一英里以上，须要200人和六十头牛才能牵引。根据设计，它一天大约可以发射7发炮弹，但在打了开头几炮后，炮就炸毁了。在土耳其苏丹的大量攻城炮中，小一点的炮效能较好。其中有些炮在过了354年后对付从海上进攻君士坦丁堡的英国海军中队时仍然发挥了很好的作用。
　　 15世纪中叶，法国将英国军队从法国北部驱逐走的最后阶段基本上进行的是一连串的包围战，法国国王利用新式炮迅速摧毁了英军驻守的要塞。1494年法王查理八世入侵意大利，他的最新式的机动炮队迅速攻克一个又一个意大利堡垒，以至于马基雅维里 [ 译者注：1469-1527年意大利政治家和政治哲学家 ]把查理八世在意大利半岛上的推进描写成实际上是“手执粉笔”所进行的列队行进(也就是说，简直是用粉笔在地图上标出他们所经过的路线一样简单)。几年后，西班牙将领贡萨罗·德·科尔多瓦手下的一位名叫佩德罗·纳瓦罗的著名技师发明了一种攻城新技术，他们将地道挖到敌人堡垒的城墙下面，然后用黑火药将其炸毁。
　　 到了15世纪末，炮的强大威力终于使中世纪的城防工事过时了。正如人们已经注意到的那样，在某种程度上这是因为城堡和筑有城墙的城市无法架设对付敌人炮击的大型加农炮。城墙上的轻型炮又打不着敌人的攻城远程炮，稍重一些的炮虽然费了九牛二虎之力可以拖到城墙上面，但却只能起到相反的作用。因为炮的后坐力会使墙基发生巨大的震动，严重影响城墙的坚固度，因此反而更容易被攻破。
　　 在后来的一个世纪里，城防工事的建筑技术得到了很大发展，从而使围攻战中进攻和防守的能力又趋于平衡。在这一循环变革中，起关键作用的又是炮的威力。
　　 容易被攻破的老式高大屏障式城墙和城楼被低矮而厚实的城墙取代了。新式城墙不仅足可架设护城炮，而且更难被攻城炮突破。新式城防工事筑有宽大低矮的城墙，从城墙上又延伸出三角形的棱堡。这样，护城炮就可以封锁接近城堡的所有通道。因此，当时各国都为原有的城防工事构筑了新的城墙和三角形棱堡，并尽可能给老式城墙加宽并降低高度。有的还在城堡周围挖掘了护城壕沟或护城河，壕沟边再构筑一个较低的外崖，崖边又是缓斜坡或土木工事，沿着缓斜坡的顶部再铺设一条廊道，这样城防部队就可以从一地迅速运动到另一地。护城壕沟的外崖上可以架设一些轻型炮，以对付大量的攻城炮，不使靠近。
　　 根据构筑城防工事的新理论，人们在对付敌人的围攻战时，不主张采用一般的障碍物，因为敌人不需化费很大力量就可以将它摧毁。而是构筑一条低矮而厚实的屏障式工事，用来部署有巨大威力的反击火力，这样，一开始就可以扼制住敌人的进攻。位于护城壕沟内侧的城堡壁垒上筑有宽阔的胸墙，胸墙上和胸墙后的炮火可以封锁城墙下的缓斜坡。这些壁垒只稍高于护城壕沟边的外崖，在壁垒拐角处每隔一定的距离还筑有突出在外的角度很大的棱堡，以确保在城墙隐蔽位置上的炮射出的侧翼火力覆盖城墙周围的所有地段。
　　 由于黑火药兵器的启用，战争变得日益复杂了，加之发动战争时更多地考虑了经济和政治方面的意义，因此吸引了越来越多的知识分子的关注。在人们对战争理论重新发生兴趣的情况下，就需要对军事的各个方面加以认真的分析。在设计新型城防工事时，至关重要的一点是要计算好炮火射击的角度和火力覆盖的面积，不留任何射击的死角。在中世纪的城堡中这种死角往往使攻城部队能够在城防工事的下面找到避开城防炮火袭击的隐蔽处。当时有两位比较高明的军事理论专家都是数学家，这一点是绝非偶然的。一位专家名叫尼科洛·塔尔塔利亚(1500-1557年)，他曾发表过许多有关枪炮学、弹道学和城防工事建筑学等方面的著作，另一位名叫西蒙·史蒂文(1548-1620年)，他曾于16世纪末担任摩利士 [译者注：荷兰将军及政治家 ] 的顾问，他特别重视使用城防炮火来摧毁攻城部队的防御工事。
　　 由于16世纪城防工事的建筑技术落后于理论，因此，当时大多数的军事著作，包括马基雅维里的《战争艺术》一书，着重讨论的课题都是在敌人突破主要的城堡壁垒后，如何构筑临时性的内部防御工事的问题。很少有哪个城市愿意毁掉旧城，又从平地修筑一条新的城墙。人们一般只好采取这样的变通办法：将炮架在旧的城堡壁垒上(这常常需要对城墙进行加固)，将原有的城楼临时改建成棱堡，另外，在一些特别关键的地段加修一些棱堡的外围简易工事和防御工事。不过，在16世纪末之前，只有安特卫普(1540年，比利时)、赫士汀(1554年)、维罗纳(1520年后，意大利)、阿弗尔(法国)和马赛(法国)等少数城市完全按新的办法重新设计改进了防御工事。
　　 新型城防工事的设计还有另一个附带的但却是重要的优点，那就是敌人很难把地道挖到城墙下面，因为地道必须掘得很长，挖地道的人很难吸到新鲜空气。挖掘地道的另一个不利因素是，黑火药的代价昂贵。在可以挖掘地道的时候，通常采用崩坍的办法而不是爆破，这正好又回到了古代采用烧毁地道坑木使城墙倒塌的办法。