Архитектурно-художественный облик крепостных сооружений также претерпевает существенные изменения. До XIII в. кольцо крепостных стен обладало более или менее равномерным ритмом и город не имел поэтому одного, «главного», фасада. Единственным акцентом была воротная башня, отмечавшая значение въезда в город. С XIV в. город получает один, выделенный и подчеркнутый, фасад. Напольная сторона приобрела особое значение не только с военной, но и с художественной точки зрения, что подчеркивалось напряженным ритмом сосредоточенных здесь башен. Почти во всех сохранившихся крепостях XIV — XV вв. имеются, правда, скупые, но чисто декоративные элементы — полосы орнамента, кресты и пр. Не нарушая общего сурового впечатления могучих стен и массивов башен, эти декоративные мотивы свидетельствуют о том, что строителей крепостей интересовало не только военное, но и художественное значение их сооружений.
Новые крупные изменения в русском военно-инженерном искусстве происходят во второй половине XV в. С развитием и усовершенствованием огнестрельной артиллерии вновь существенно меняется тактика осады и обороны крепостей, а вслед за этим изменяются сами крепостные сооружения.
Появившись впервые на Руси в 80-х или, вероятнее, в 70-х годах XIV в., артиллерия в первое время мало превосходила по своим военно-тактическим качествам камнеметные машины. Однако в дальнейшем пушки начали постепенно вытеснять камнеметы, что очень существенно отразилось на формах крепостных сооружений. Ранние пушки использовались главным образом в обороне, и в связи с этим уже в начале XV в. начинается перестройка крепостных башен, для того чтобы в них можно было устанавливать орудия (вначале их ставили не на городских стенах, а только в башнях). Все более активная роль артиллерии в обороне привела к необходимости увеличить количество башен с напольной стороны крепостей.
Однако пушки использовались не только при обороне, но и при осаде укреплений, для чего начали изготовлять орудия большого калибра. В связи с этим в первой половине XV в. оказалось необходимым усилить стены крепостей. У каменных стен стали делать каменные прикладки с напольной стороны.
Все эти изменения, вызванные применением огнестрельной артиллерии и развитием осадной техники в целом, в первое время нисколько не затрагивают общей организации обороны крепостей. Наоборот, тактическая схема «односторонней» обороны приобретает с применением пушек более ярко выраженный характер. Дальнобойность как камнеметов, так и ранних пушек была очень невелика и поэтому достаточно широкие естественные овраги и крутые склоны по-прежнему служили надежной гарантией того, что отсюда штурма можно не опасаться.
Лишь к середине XV в. мощь огнестрельной артиллерии начала настолько превосходить камнеметы, что пушки стали основным средством осады крепостей. Дальность их стрельбы значительно увеличилась; их могли теперь устанавливать и на другом берегу широкого оврага или реки, и даже внизу — у основания склона холма. Естественные преграды становятся все менее и менее надежными. Теперь штурм, поддерживаемый огнем артиллерии, был возможен уже со всех сторон крепости, вне зависимости от их прикрытия естественными препятствиями. В связи с этим меняется и общая организация обороны крепостей.
Возможность штурма крепости со всех сторон заставила строителей обеспечить весь ее периметр фланкирующим огнем башен — наиболее действенным средством отражения штурма. Поэтому «односторонняя» система уступает место более совершенной: фланкирующий обстрел всех стен теперь обеспечивали равномерным распределением башен на всем их протяжении. С этого времени башни становятся узлами круговой обороны крепости, а участки стен между ними (прясла) начинают выпрямлять для облегчения их фланкирующего обстрела . Дифференциация самой артиллерии позволила подбирать орудия, наиболее соответствующие задачам обороны. Так, над воротами обычно устанавливали «тюфяк», бивший «дробом», т. е. картечью, а в остальных башнях обычно ставили пушки, стрелявшие ядрами.
Логическим завершением этой эволюции крепостей является создание «регулярных», прямоугольных в плане городов с башнями на углах. Первые такие крепости известны в Псковской земле, где во второй половине XV в. в тесном взаимодействии с Москвой производилось строительство оборонительных сооружений для укрепления западной границы Русского государства. Так, прямоугольную плановую схему с башнями на двух противоположных углах имеют псковские крепости Володимирец и Кобыла, построенные в 1462 г. Подобная схема использована также и в Гдовской крепости, построенной, возможно, еще раньше. Наконец, в идеально завершенном виде новая схема обороны выражена в крепости Ивангород, возведенной московским правительством на границе с Орденом в 1492 г. Крепость эта первоначально представляла собой квадрат каменных стен с четырьмя угловыми башнями.
Квадратные или прямоугольные в плане крепости с башнями на углах (а иногда еще и в середине длинных сторон прямоугольника) получили после этого широкое распространение в русском военном зодчестве. Так были построены в XVI в. Тула, Зарайск. Вариантом этой схемы, обладавшим всеми ее достоинствами, были треугольные в плане крепости; применяли также и пятиугольную форму. Так, среди крепостей, построенных при Иване Грозном в Полоцкой земле, некоторые имели треугольный план (Красный, Касьянов), другие — прямоугольный (Туровля, Суша), третьи — в виде трапеции (Ситна). На всех углах этих деревянных крепостей возвышались башни, обеспечивавшие защиту с любой стороны.
Правильная геометрическая форма крепостей была наиболее совершенной, наиболее полно отвечающей тактическим требованиям этого времени. Но в ряде случаев естественные условия местности вынуждали строить укрепления неправильной в плане формы. Однако и в этих крепостях башни равномерно распределены вдоль стен по всему периметру, а участки стен между башнями спрямлены. Таковы, например, каменные крепости в Нижнем Новгороде и Коломне, а также деревянные крепости в Торопце, Белозерске, Галиче-Мерьском. Все они относятся к концу XV — первой половине ХVI в.
Точно так же нельзя было придать правильную геометрическую форму тем крепостям, которые были созданы раньше и лишь реконструированы во второй половине XV — начале XVI в. в связи с развитием новых военно-инженерных требований. В таких крепостях перестройка в основном заключалась в создании башен на более или менее равномерном расстоянии одна от другой и в спрямлении участков стен между башнями. Правда, в ряде случаев изменения оказывались настолько существенными, что крепости при этом приходилось перестраивать целиком. Именно так были перестроены московским правительством многие крепости Новгородской земли, например, в Ладоге и Орешке.
Существенные изменения в русском военном зодчестве во второй половине — конце XV в. отразились не только в планировке крепостей, но и в их конструкциях.
Развитие артиллерии поставило перед строителями крепостей ряд новых технических задач. Прежде всего понадобилось возводить стены, способные выдерживать удары пушечных ядер. Наиболее радикальным решением было строительство каменных стен. И действительно, если в XIV — XV вв. каменные «грады» строили только в Новгородской и Псковской землях, а в Северо-восточной Руси каменным оставался один только Московский Кремль, то с конца XV в. строительство каменных крепостей начинается на всей территории Русской земли. Таким образом, переход к каменно-кирпичным оборонительным сооружениям был вызван внутренним развитием русского военно-инженерного искусства, в первую очередь сложением новой тактики с широким применением пушек при осаде и обороне. Однако некоторые формы и детали кирпичных крепостей связаны с влиянием итальянских мастеров, принимавших участие в строительстве Московского Кремля в конце XV — начале XVI в.
Несмотря на то что каменные и кирпичные крепости получили с конца XV в. гораздо большее, чем раньше, распространение, все же основным типом на Руси и в это время продолжали оставаться деревянные оборонительные сооружения.
В тех крепостях, которые имели небольшое военное значение, стены строились по-прежнему в виде однорядной срубной стены, а иногда еще более упрощенно — из горизонтальных бревен, забранных в пазы врытых в землю столбов. Однако в более важных крепостях стены делали более мощными, состоящими из двух или трех параллельных срубных стенок, пространство между которыми засыпали землей. Такие деревоземляные стены могли противостоять ударам пушечных ядер не хуже каменных. Для устройства бойниц нижнего боя в этих стенах на определенных расстояниях один от другого располагались не засыпанные землей срубы, используемые как камеры для орудий (рис. 17). Такая конструкция деревянных стен называлась тарасами и имела множество вариантов. В верхних частях стен, как и прежде, размещались боевые площадки для воинов. Здесь находились также и своеобразные боевые устройства — катки: бревна, уложенные так, что в любое время их можно было легко сбросить вниз. Падая со стен и скатываясь по склону валов, такие бревна сметали на своем пути штурмовавших крепость воинов.
Об устройстве башен конца XV и XVI в. можно судить по сохранившимся башням каменных крепостей. Они несколько отличались от более ранних. Наряду с балочными перекрытиями в них стали теперь делать и сводчатые. Особенно изменилась форма бойниц: они открывались внутрь большими камерами, в которых устанавливали пушки (рис. 18); их отверстия начали расширять наружу для более удобной наводки пушечных стволов. Как и стены, башни завершались зубцами. Зубцы в большинстве случаев были вынесены на кронштейнах вперед от поверхности стен. Это давало возможность вести навесной бой, т. е. стрелять с верхней площадки башни не только вперед, но и вниз — в промежутки между кронштейнами или же в специальные, направленные -вниз боевые отверстия. На некоторых башнях устраивали смотровые вышки для наблюдения за окрестностями. Все башни покрывали деревянными шатровыми кровлями.