在修築長城和駐防堡方面，有幾個大動作:成化二十壹年(公元1485年)，主管大同、傅玄兩地軍務的兵部尚書於子珺邀築長城，東起大同中路，西至偏頭溝關，長300公裏，修築了景平堡。
嘉靖十八年(公元1539年)，在大同西北長城沿線修建了“五座有邊墻的堡壘”，即“鎮邊堡、鎮川堡、陸貞堡、和真堡、弘慈堡”。其中，鎮川堡位於東北25公裏，長城以北2.5公裏處，占地0.5平方公裏，高8米，厚5.3米，建有門樓。五座堡壘從東南向西北相繼延伸，全長52.5公裏。每個要塞都配有守備隊和分區駐紮的部隊。接著，又相繼建成勝利、鎮羌、拒墻的堡壘。德勝堡位於城北40公裏，距長城1.5公裏，面積1平方公裏，高8米，厚5.3米，建有兩座門樓。他還建立了勝利之路，成為衛戍部隊的壹員，並領導附近的城堡。鎮強堡位於鎮上41.5km處，距離長城500m，面積0.5km2，厚度5.3m..堡壘位於城市西北40公裏處，面積0.5平方公裏，高8米，厚503米，建有門樓。
嘉靖二十三年(公元1544年)，巡撫詹榮修修築東路長城90公裏，城堡7座，墩臺154座。二十六年(公元1547年)三月，修築了150km的長城，並修建了更多的保安堡，包括土堡，以便伏擊。
嘉靖三十七年(公元1558年)秋，兵部尚書柏楊組織軍民對長城進行了整修，修建了牛心堡(右玉縣牛心村)等大、中、小9座城墻城堡，2900余座山峰，形成了東起傅玄，西至長江中遊大同、右衛(詩雨縣)的軍事防線，並在重要地點挖深溝。
巡撫翟鵬宣(宣化)大同期間，還在大同挖了壹條長195公裏、深6.6米、寬6.6米的壕溝，將挖出的壕溝視為城墻。同時新建碼頭290座，保護碼頭14座，增加警備員和倫理員14名。此外，還建造了1500個營房。
總督翁萬達宣布使命時，還修築了千余裏的宣達邊墻和363座城樓。
嘉靖年間，明政府在側墻等處增加了300個空心磚平臺。
就這樣，經過幾次修繕，大同西北邊墻的防禦大大增強了。據統計，明代大同鎮管轄的邊墻東起河北、山西兩省邊界，西至大同市西北地區，全長323.5公裏，有583座城堡。這條帶狀的防線蜿蜒在大同北部的崇山峻嶺和溝壑之間，真的像壹道重重的屏障，緊緊的守護著大同。明代著名政治家、愛國將領於謙曾在詩中對此贊不絕口:“百二十連立秦障，婺源阻漢府。”詩人李贄遊覽大同後，也在詩中感慨道:“此城真如鐵城。”真的不敢誇了。
為了解決駐軍士兵的軍需和軍餉困難，明初大同開始實行軍商駐防的辦法。所謂軍營，就是命令駐軍士兵開荒種田。其方法是根據明初制定的《軍耕條例》的規定:守軍士兵“三分守城，七分耕田”；每個士官長收五十畝地，朝廷給他提供牛、農具、種子，免稅三年，然後每畝交壹桶稅。後來朝廷多次放寬和修改《屯田稅捐條例》，進壹步激發了士官開墾荒地的積極性。我們的業務就是讓商人養人安家。當時規定商人壹石運糧到糧倉，並出具“壹小引”(200斤、50斤)的憑證，從產鹽地收鹽，再運到指定地點銷售。這樣路難行，運費貴，商人就想方設法在大同地區籌人定居，就地生產糧食，換取憑證。由於實行了軍營和商營，在壹定程度上解決了大同守備王的工資、軍需和糧食。
但明朝中期以後，由於禁衛軍、宦官、軍官的橫行，大同的軍營趨於崩潰，商業軍營也因明朝政府政策的變化而衰落。
嘉靖年間，為解決上述問題，壹些有識之士和督撫上書皇帝，建議在大同地區實行“招兵租佃”。據《大同縣誌傳》壹文記載，嘉靖二十三年(公元1544年)，巡撫詹榮“賦與三十座城堡附近邊界之宏，延綿五百余裏，起招兵之用。”所謂“召軍為佃”，其實就是軍營。《明代翟鵬傳》說:當時修築長城“以土地壹萬四千九百余頃”，“以地養兵”，“每軍賜地五十畝”，新兵免租免徭役，春夏耕種，秋冬鎮守。這些措施對鞏固大同邊防，解決大同衛生站軍需起到了積極作用。比如《明朝翟鵬傳》中說“我們贏了1500人的軍隊，事半功倍，省了幾十萬。”