Подальша згадка про Полтавську фортецю зустрічається в доповіді міського голови Павла Кочубея урядовій комісії в серпні 1770 року, де йшлося про географічне, економічне, політичне і культурне становище міста і, зокрема, говорилося: «...В городовых книгах имеется выписка, что г. Полтава осажена в 1608 г. казаком полку Миргородского, прозываемым Маслом, и когда умножилось жителей, то в то время и крепость земляную сделано», (ЦДАСА СРСР. — ф. 16, оп. 1., стр. 894, арк. 1 — 5 зв.).

1649 року Полтава стає військово-адміністративним центром новоутвореного українського козацького полку. Його першим полковником був Мартин Пушкар — соратник Богдана Хмельницького у визвольній війні народу України проти шляхетської Польщі. У місті-фортеці стояли 1-а та 2-а сотні полку. Не раз заступала фортеця шлях кримській орді, що вторгалася на українські землі.

Фортеця стояла на узвишші правого берега річки Ворскли, була оточена, окрім північно-західного боку, стрімкими схилами, що спадали в сильно заболочену в ті часи долину з притоками Ворскли Коломаком, Полтавкою, Рогізною, Бистрівкою та іншими.

План Боплана свідчить, що фортеця мала загальну захисну огорожу навколо міста й внутрішню — цитадель, найбільш важливу ділянку, де був адміністративний центр. У ті роки на зовнішній огорожі стояло дев'ять бастіонів, на внутрішній — чотири. Ці фортифікаційні споруди в більшості мали п'ятикутну форму, були обведені земляними валами, а з північно-західного напольного боку и ровами. Бастіони виступали вперед за захисну лінію, що давало змогу вести з них як фронтальний, так і фланковий обстріл підходів до міста.

У 1700 році почалася Північна війна між Росією й Швецією за східні прибалтійські землі, яка тривала 21 рік. Після того, як восени 1708 року армія короля Карла XII ввійшла в межі України, і до ЇЇ розгрому в червні наступного року під Полтавою, територія полтавського краю була головним театром воєнних дій.

До картографічних джерел, що містять зображення фортеці періоду Північної війни та наступних років XVIІІ століття, належать плани «Старой и новой Полтавы», «Полтавской баталии», т. з. «План Петра I», «Боевых порядков русской и шведской армий в сражении под Полтавой», виготовлені в 1709 році, план де Фера 1714 року, «Чертеж города Полтавы» 1722 року кондуктора (помічника військового інженера) Івана Бішева, плани інженера-прапорщика Василя Кутузова кінця 1720-х років, план 1748 року та інші. Шведським генеральним штабом вида-(254)но в 1918 році атлас карт походів Карла XII. Частина цих карт має зображення полтавських укріплень.

Серед розпису планів значну цінність становить «Чертеж города Плотав» І. Бішева, який показує в подробицях фортифікаційні споруди, адміністративні й інші будівлі, церкви, міські комунікації, мости, називає розміри зовнішньої огорожі, подає найменування багатьох об'єктів. Плани В, Кутузова з доданими до них описами знайомлять з реконструкційними роботами у фортеці наприкінці 1720-х років.

Тема фортифікації Полтави знаходила своє відображення і в наступному столітті в працях вітчизняних істориків М. І. Арандаренка «Записки о Полтавской губернии» (Полтава, 1852), Г. П. Данилевського «Полтавская старина в отношении ко времени Петра Великого» (В «Журнале Министерства народного просвещения». — СПб., 1856, № 2), О. 3. Мишлаєвського «Крепости и гарнизоны Юго-Западной России в 1718 году» (СПб., 1897) та інших.

Полтавська фортеця XVIII століття мала в плані вигляд замкнутого багатокутника, видовженого по осі з півночі на південь. Складалася, як і раніше, з двох частин, розділених між собою глибоким і широким Мазурівським яром, що проходив зі сходу на захід. Головна частина фортеці з цитаделлю була розташована у північно-східному напрямі від Мазурівського яру. Інша, менша за площею, — в південно-західному за яром.

Зовнішня огорожа фортеці (близько 2300 м) навколо міста проходила по лінії сучасного Першотравневого проспекту (Мазурівський вал), Інститутському прорізу, пересікала в районі Подолу вулицю, якій у радянські часи було дано ім'я Леніна, далі йшла уздовж вулиць Мазурівської, Художньої, частково гори Марата, потім повертала на Панянський бульвар, прямувала по території парків Сонячного й Петровського до площі, названої тепер ім'ям Леніна, де сполучалася з Мазурівським валом.

Внутрішня огорожа (близько 400 м) починалася на території сучасної площі Леніна, де з'єднувалася з зовнішньою, проходила по крутих схилах понад вулицею Леніна й закінчувалася в пункті розташування музею-садиби І. П. Котляревського.

Захисні огорожі включали в себе земляні вали, а з напольного боку й рови з ескарпами й контрескарпами — укосами, що затруднювали нападникам спуск і вихід з рову. Земляні укріплення були посилені частоколом із дубових паль.

Артилерія розміщувалася переважно на фортечних бастіонах. На зовнішній огорожі їх було п'ять. Мазурівський бастіон розташовувався на сучасному перехресті Першотравневого проспекту, вулиць Садової й Шевченка, Чернецький — поряд з колишнім Покровським монастирем, що існував з 1676 року по 1721 рік, Подільський — де Біла альтанка, ще один Чернецький — на кутовому стрімчаку Панянського бульвару в зоні прямої видимості Хрестовоздвиженського монастиря, звідки й назва бастіону, Київський — навпроти будинку Національного банку по вулиці Жовтневій, де в ті часи починався шлях на Київ. На внутрішній захисній огорожі було п'ять невеликих безіменних бастіонів.

На лінії зовнішньої огорожі стояло 10 фортечних веж: 5 ворітних (брам) — Басманівська, котра, ймовірно, отримала назву від тюркського слова «басма» — степ, бо стояла з напольного боку на сучасній території площі Леніна; Мазурівська — поряд з однойменним бастіоном; Криловська, або Курилівська — з північно-східного боку Соборного майдану (нині Червона площа); Спаська — поблизу церкви (255) Спаса; Київська — поряд з бастіоном такого ж найменування. Подільська вежа в пункті однойменного бастіону мала вихід у бік північно-східного відрізка фортечного валу над сучасною вулицею Художньою. Інші вежі зовнішньої огорожі були глухими — непроїжджими. На внутрішній огорожі було дві вежі — ворітна й глуха. Там, де лінія зовнішньої огорожі пересікала сучасну вулицю Леніна, стояли Подільські міські ворота, що сполучали меншу частину фортеці з Подолом.

Обороні фортеці сприяли два редути — оточені земляними валами чотирикутні замкнуті укріплення, збудовані вже під час облоги Полтави в 1709 році: один стояв з північно-східного боку фортеці, другий — з південно-східного. Пороховий погріб був влаштований із зовнішнього боку Подільського бастіону. На північно-західному відрізку зовнішньої захисної огорожі існували три таємні проходи крізь фортечні стіни для здійснення вилазок гарнізону проти ворога за межі міста.

У головній частині фортеці містилися адміністративний та торговельний центри міста, правління козацького полку, казарми гарнізону, соборна церква Успіння й приходські — Спаса й Воскресіння, в іншій частині — церкви Св. Миколая й Св. Георгія, Покровський монастир. Там же по Мазурівському яру протікали струмки — головні джерела питної води, бо криниць у місті не вистачало.

Територія міста вздовж північно-західного й західного відрізків зовнішньої захисної лінії була щільно забудована, що посилювало обороноспроможність фортеці на випадок прориву укріплень.

Фортеця мала численні підземні ходи. Уперше їх огляд провів наприкінці минулого століття місцевий археолог, відомий дослідник древніх городищ Поворскля Іван Андрійович Зарецький. Підземні ходи були прокопані на глибині 6 — 12 метрів від поверхні, мали внутрішню висоту від підлоги до стелі 1 — З метри, ширину — від 1,5 до 5,8 метра. Стіни й стеля деяких підземних споруд обкладені цеглою, виготовленою в XVII столітті, в інших — кріпилися дубовими балками й дошками.

Деякі відомості про місто-фортецю Полтаву другої половини XVIII століття повідомляє «Румянцевская опись Малороссии» 1765 року, де говориться, що на той час у головній частині поблизу соборної церкви Успіння було «...казенное место... на котором лежат ядра и бомбы артиллерийского ведомства да близ оного пороховой погреб один». В іншій частині фортеці був «...артиллерийский цейхгауз, в нем три амбара... для поклажи артиллерийских припасов».

Після успішної для Росії війни з Туреччиною 1768 — 1774 років, коли була ліквідована загроза для південних кордонів імперії, Полтавська фортеця поступово втрачає своє значення як військовий об'єкт і на кінець XVIII століття перестає існувати. Про неї зараз нагадують залишки земляних валів і бастіонів, що збереглися подекуди в давньому районі міста. З архітектурних пам'ятників часів існування Полтавської фортеці дійшли до наших днів ансамбль Хрестовоздвиженського монастиря й церква Спаса.