Le mura rinascimentali sono costituite da un corpo di terra battuta e pressata (terrato) incamiciato sul lato esterno da un paramento in mattoni a scarpa inclinata che diviene verticale al suo apice. Il passaggio tra le due parti è evidenziato da un cordolo in pietra. Il lato interno del terrato degrada a scarpa con inclinazione assai accentuata dovuta ad esigenze statiche e di contenimento della spinta. A nord si può vedere un lungo tratto di mura medievali a nord riadattate alla fortificazione moderna, costituite a differenza delle mura rinascimentali, da grossi blocchi di pietra calcarea grigia e bianca. Sono visibili i resti delle torri semicircolari che rafforzavano le mura duecentesche ma che furono rasi al suolo per evitare che le loro sagome fossero d'intralcio alla linea di tiro delle cannoniere. La cortina delle mura rinascimentali è invece intervallata da undici baluardi differenti tra loro per forma e dimensione, distribuiti irregolarmente lungo la cinta: più vicini nella zona sud, più distanziati nella zona nord. I baluardi, elementi difensivi della cerchia muraria sono 11, lungo tutto il perimetro della fortificazione. A partire da Porta Santa Maria, in senso orario, si trovano: Baluardo San Martino, Baluardo San Pietro, Baluardo San Salvatore, Baluardo Benedetto Cairoli già Baluardo La Libertà, Baluardo San Regolo, Baluardo San Colombano, Baluardo Santa Maria, Baluardo San Paolino, Baluardo San Donato, Baluardo Santa Croce; ad essi si aggiunge la Piattaforma San Frediano. Dell'organizzazione difensiva dei baluardi facevano parte piccoli edifici che servivano da ricovero per soldati, munizioni ed utensili di vario genere chiamati "casermette", nome che conservano ancora oggi, aventi forme e dimensioni diverse. Su alcuni baluardi emerge, ancora visibile, la parte superiore dei torrioni posti agli angoli della precedente cinta medievale. Il perimetro esterno delle mura è occupato dagli spalti costituiti da un'ampia zona destinata a prato. Nella zona nord degli spalti sono ancora presenti due "lunette", fortificazioni di forma triangolare poste a protezione del tratto di cortina compreso tra i baluardi