Московское правительство, учитывая Тулу как один из опасных участков набегов кочевников, решает укрепить ее крепостью, чтобы не держать здесь большое количество войск, а ограничиться небольшим гарнизоном.
По повелению великого князя Василия III в Туле начинают спешно строить деревянную крепость. Крепость построили за два года к 1509 г., она протянулась на два километра от хомутовского рукава Упы до Зареченского моста, затем поворачивала и шла вдоль берега реки.
Но деревянная крепость не могла выдержать сильных нападений татар и литовцев, и потому великий князь в 1514 г. повелевает внутри деревянного острога «начать ставить на Туле град камен». Строительство кремля закончилось в 1520 г., с его постройкой деревянный острог разобрали.
До строительства кремля в Туле стояло пять полков «для бережения», после постройки Кремля здесь оставили гарнизоном один большой полк (более тысячи человек). Тула была назначена местом сбора для войска, сюда приходили воеводы из Москвы, Рязани и других городов.
Наряду с позднейшими кремлями: Зарайским (1527–1531 гг.), Коломенским (1529–1531 гг.) и Серпуховским (1556 г.) – Тула надежно прикрывала Русское государство с «крымской стороны».
Тульский кремль был построен по последнему слову военного оборонного зодчества того времени. Во-первых, он был расположен в низине. Во-вторых, он имел маленькую площадь, всего около 6 гектаров, а периметр стен – около километра. Для сравнения: площадь Новгородского кремля – 12 га, Смоленского – 22 га, Московского – 28 га.
В плане кремль имеет форму правильного прямоугольника с четырьмя угловыми башнями (Спасская, Никитская, Наугольная и Ивановская) и пятью башнями въездных ворот (Одоевская, Ивановская, Напогребу, Водяных ворот и Пятницкая). Башни делили стены кремля на отдельные участки – «прясла», они выступали над уровнем стен, что давало возможность артиллерии вести сильный фланговый огонь вдоль стен по наступающему врагу. Высота стен сейчас составляет 10 метров раньше на полтора-два метра выше, таков пятивековой уровень культурного слоя), толщина стен на южном и на западном участке – 2,8 метра, на северном и восточном участке – 3,2 метра. Внутренние стороны стен расчленены заглубленными в них широкими арочными нишами. Вдоль стен на высоте 6-6,5 метров идет «боевой ход» – площадка, откуда под прикрытием зубцов из бойниц защитники кремля вели огневой бой по противнику. Всего в зубцах кремля насчитывалось до 300 бойниц. В нишах стен, выше фундамента, располагались бойницы «подошвенного боя», из которых в упор стреляли по противнику.