Fortificaţia principală a cetăţii („Castelul”) are un plan poligonal neregulat, care urmează sinuozităţile masivului de „calcar jurasic” pe care este aşezată. Curtinele, turnurile şi contraforturile fortificaţiei, parţial conservate, au permis reconstituirea formei originare a monumentului. Acesta era apărat spre sud-est şi est de ziduri masive, groase de 3 m, cu o înălţime ce altădată atingea 6-7 m, şi de turnuri poligonale, hexagonale, regulat dispuse în jurul incintei. Spre nord – nord-est se continuă zidul masiv flancat de două turnuri patrulatere şi, în fine, către vest, ultima parte a curtinei, mergând pe buza prăpastiei, este sprijinită pe un imens bastion. Atrage atenţia, ca element arhitectonic deosebit, bastionul porţii principale. Lată de 3 m, înaltă de circa 4 m, aceasta are o frumoasă arcadă dublă, terminată cu un arc în zona centrală. De origine orientală, arcada oarbă, utilizată frecvent în evul mediu de meşterii lumii islamice şi de constructorii bizantini la diverse edificii din Peninsula Balcanică, apare şi în Ţările Române la Cetatea Neamţului, biserica Sf. Nicolae Domnesc de la Curtea de Argeş şi la bisericile moldoveneşti ctitorite de Ştefan cel Mare. Lipit de bastionul porţii principale se află un turn hexagonal care se înalţă cu aproximativ 6 m deasupra curtinei. Trebuie amintit, de asemenea, că lângă turnul din colţul de nord, în care mai poate fi încă observată o fereastră de tragere, se află o spărtură, boltită în partea superioară, care a fost interpretată ca poartă secundară.
Fortificaţia principală are incinta de zidărie cu paramenţi din blocuri de dimensiuni relativ mici, cu liant de var şi nisip. Blocurile sunt slab fasonate sau neprelucrate şi sunt dispuse în asize aproape regulate.
Rocile inventariate în zidurile fortificaţiei principale de la Enisala sunt, în ordinea descrescătoare a frecvenţei, de trei tipuri: roci cretacice, roci triasice şi blocuri exotice. Primele două categorii sunt răspândite în zone învecinate cetăţii, iar a treia include blocuri reutilizate din edificii mai vechi, cu localizare necunoscută. Nisipul cuarţos roşu-brun din componenţa mortarului paramenţilor şi emplectonului poate fi regăsit pe plaja îngustă şi lungă de peste 2 km a lacului Razim între Capul Iancila, în sud, şi promontoriul dealului Călugăra, în nord, la o distanţă de 8-10 km sud-est de Enisala.
O a doua incintă, aproape complet demantelată, prevăzută cu cinci turnuri pătrate şi unul triunghiular, se află la marginea pantei mai line dinspre nord – nord-est şi sud-est a promontoriului pe care a fost amplasată cetatea.
Săpăturile arheologice realizate până în prezent au condus la descoperirea, în fortificaţia principală („Castelul”) şi exteriorul acesteia, a două locuinţe din prima epocă a fierului şi a 12 locuinţe medievale, dintre care două aparţin sigur nivelului anterior ridicării zidurilor. Lipită de zidul sud-estic al incintei castelului medieval se afla o cisternă. Cercetarea complexului a evidenţiat îngrijita tencuire interioară, cu multe straturi de mortar hidrofug, şi prezenţa în centrul podelei a unui bazinet circular din cărămizi folosit pentru adunarea şi curăţarea periodică a reziduurilor. Acesta era format din două inele concentrice, cel de jos înalt de 15 cm, cel de sus de 10 cm, buza acestuia fiind la nivelul pavajului de cărămidă din interiorul construcţiei.
Inventarul monetar acoperă o perioadă de timp îndelungată, de la epoca romană până în sec. XVIII. În acest interval sec. XIV este cel mai bine reprezentat prin cele şase monede genovezo-tătare, o monedă tătărească din bronz emisă de Abd-Ullah în centrul de la Orheiul Vechi, un dinar de argint de la Vladislav I Vlaicu, şapte ducaţi de argint emişi în timpul lui Mircea cel Bătrân, un gros de argint de la Petru I Muşat, o monedă de bron bulgărească şi şapte monede turceşti. Sec. XV este ilustrat de un denar de argint emis de Mircea cel Bătrân şi o jumătate de gros de la Alexandru cel Bun. În cadrul descoperirilor ceramice de la Enisala o deosebită valoare pentru interpretările istorice o are ceramica smălţuită cu monograme. Acestea apar pe suprafaţa interioară a cupelor sau bolurilor de mici dimensiuni. Cele mai des întânite sunt Δ, ΔΕΜ, MHX şi K. Pe baza analogiilor ceramica de la Enisala poate fi încadrată în sec. XIV.

Nivelul de locuire medieval anterior construcţiei cetăţii, datat după materialul descoperit la sfârşitul sec. XIII – începutul sec. XIV, este tăiat de fundaţia zidurilor. Nivelului de locuire al castelului îi corespunde o placă de mortar, deasupra acesteia aflându-se un nivel de locuire datat larg în secolele XIV-XVI.

Locuirea medievală de pe Dealul Gras suprapune un nivel din prima epocă a fierului (cultura Babadag). Sporadic, au fost descoperite fragmente ceramice atribuite epocii romane.