Как возведенные в XVI веке башни, так и построенные позднее маленькие башенки прежде завершались высокими шатровыми кровлями, крытыми тесом. Существующие сейчас на оставшихся башнях железные кровли с восьмигранными главками и шпилями относятся к XVIII - первой половине XIX века.
Наиболее значительным событием строительной истории монастыря в XVII веке можно считать сооружение стен и башен Нового Города - одной из сильнейших древнерусских крепостей. Подготовка к ее возведению началась еще до царского указа, изданного в 1653 году. Для ее закладки в монастырь прислали Антона Грановского. Под этим именем в России проживал известный француз-авантюрист и прожектер Жан де Грон, подвизавшийся одно время при дворе Алексея Михайловича. Он начал делать бастионную крепость по западноевропейскому образцу. Кирилловским укреплениям по его замыслу надлежало состоять из трех земляных валов, рва и каменной стены.
Проект Грановского не устроил монастырские власти, и они попросили у царя разрешения "новый каменный город строить таким образом, как у Троице в Сергиевом монастыре город строен". Сооружение новых стен велось с 1654 по 1680 год силами монастырских каменщиков. До нас дошли имена многих строителей, из них в первую очередь заслуживает упоминания подмастерье каменных дел Кирилл Серков, бывший, очевидно, главным руководителем строительных работ. Он происходил из крестьян волости Шидьеро (в 4 км от г. Кириллова) и до этого производил ремонтные работы в трапезной церкви Сергия Радонежского.
Хотя строительство новых стен и велось по образцу построенных несколько ранее стен Троице-Сергиева монастыря, однако кирилловские укрепления превосходили троицкие как по протяженности (около 1,3 км), так и по размерам башен и стен и их огневой мощи. Новые стены охватили значительно более обширную территорию, где прежде находились гостиный, конюшенный и различные другие дворы. Со стороны озера сохранили старые стены, но еще большая часть прежних крепостных стен обоих монастырей и Острога оказалась внутри монастыря и потеряла всякое боевое значение.
Укрепления Нового Города следуют традиционному типу русских крепостей, когда-то вообще характерному для европейского средневековья. В западных странах этот тип к XVII веку повсеместно уступил место крепостям бастионного типа с низкими стенами, способными более надежно противостоять массированному артиллерийскому обстрелу, но в России вплоть до петровского времени все еще строили высокие кирпичные стены с башнями, увенчанными шатрами. Из подобных крепостей, возведенных в XVII столетни, кирилловская - самая мощная. Не удивительно, что во время начала строительных работ, в 1655 году патриарх Никон назвал Кирилло-Белозерский монастырь в числе трех "великих царских крепостей".
Стены Нового Города образовали в плане три стороны огромного четырехугольника. По углам его располагались высокие граненые башни. Они получили название по находившимся рядом с ними хозяйственным постройкам, либо по направлениям отходивших от монастыря дорог. Северо-западная угловая башня, расположенная у самой воды, была названа Большой Мереженной или Белозерской, северная, самая высокая - Ферапонтовской (позднее почему-то Московской), восточная - Вологодской и южная, также расположенная на берегу,- Кузнечной.