Arheologic au fost documentate 11 faze de construcţie şi reconstrucţie ale cetăţii Giurgiu din insulă. Prima etapă o constituie o fortificaţie de formă poligonală care se înscrie într-un cerc cu diametrul de 13 metri. Pentru înălţarea ei, constructorul a fost obligat să consolideze terenul nisipos existent pe insulă, realizând o platformă de formă pătrată, mărginită de piatră fasonată, iar în interior piatră de carieră prinsă în mortar, pe un sistem de bârne în formă de grilă. În pământ, această platformă coboară 1,5 metri. Apoi, cu o retragere de un metru, s-a ridicat o altă platformă, înaltă de 0,5 metri, cu rol de sparge-val. Zidul de incintă a fost clădit deosebit de îngrijit, fiind ridicat din blocuri mari de calcar, făţuite la exterior şi îmbrăcate în 3-4 asize de cărămizi romane refolosite, aşezate atât pe orizontală, cât şi pe verticală. Această fortificaţie care precede domnia lui Mircea cel Bătrân şi chiar a primilor Basarabi face parte din categoria turnurilor-locuinţă. Faza a II-a, care corespunde reconstruirii din timpul lui Mircea cel Bătrân, refoloseşte vechea fortificaţie, devenită acum un turnul de colţ de pe latura de nord-vest. Zidul de incintă al cetăţii II avea grosimea de 3 metri fiind înălţat din blocuri mari de piatră făţuită la exterior, iar emplectonul compus din piatră de carieră, prinsă într-un mortar hidrofug. Pentru orizontalizare, zidul avea în compunerea sa grinzi de lemn cu diametre cuprinse între 20 şi 25 centimetri, ale căror locaşuri sunt încă vizibile, în formă de grătar. Cetatea avea o formă rectangulară, după cum este descrisă şi în cronica lui Walerand de Wavrin din 1445. Fazele III – XI reprezintă reparări şi lărgiri ale fortificaţiei II, realizate între secolele XVI – XIX. La sfârşitul secolului al XVI-lea cetatea Giurgiu era apărată la nord de un turn circular, înalt de 8 metri şi gros de cca 3 metri, iar diametrul la interior era de 3,2 metri. Cele două etaje ale turnului erau despărţite de o podea de lemn, iar accesul al etajul superior se făcea printr-o scară de lemn. În partea superioară prezenta creneluri late, între acestea fiind amplasate tunuri care băteau până la o distanţă de 200 de metri. Turnul circular se afla la o distanţă de 22 de metri faţă de un bastion pentagonal având aceeaşi înălţime, fiind construit monolit. Accesul în bastion se făcea pe o scară din piatră, din care se mai păstrează şase trepte. Grosimea curtinei care lega turnul de bastion era de cinci metri. Bastionul adăpostea o baterie de artilerie de cinci piese. Poarta de intrare în cetate se afla pe latura de vest şi era protejată de o curte exterioară, apărată la rândul ei de un zid de piatră, cu o grosime de un metru şi terminat cu o palisadă din lemn. Pe partea sudică, cetatea avea două turnuri de formă rectangulară, cu diagonale de 13 metri fiind realizate din piatră făţuită la exterior, emplecton din piatră de mortar şi piatră de râu. Întreaga fortificaţie era apărată de un şanţ umplut cu apă, a cărui adâncime putea ajunge la circa 2 metri.