La reconstruction des deux tiers de l'enceinte antique a été réalisée dans le dernier quart du XIIIe siècle et dans les premières années du XIVe siècle sous les règnes de Philippe III le Hardi et de son fils, Philippe le Bel. L'entreprise a permis de réaffirmer le pouvoir capétien sur le Languedoc en assurant la sécurité de la nouvelle sénéchaussée face aux prétentions aragonaises. Le tracé épouse celui de l'enceinte du Bas Empire, s'en écarte cependant sur deux
parties : dans l'angle sud-ouest et dans l'angle nord-est où la nouvelle courtine est élevée sur le devant des maçonneries primitives désormais arasées. L'enceinte antique est reconstruite sur des tronçons entiers : sur le front sud-ouest, de la tour Saint-Martin à la tour du four Saint-Nazaire, sur le flanc nord-est, de la porte Narbonnaise à la tour du Moulin du Connétable, non comprise. En revanche, sur les fronts sud-est et est (compris entre la porte Narbonnaise et la tour des Prisons) les maîtres d'œuvre ont pris le parti de maintenir l'ouvrage antique avec ses courtines et ses tours. La reconstruction médiévale est réalisée en appareil moyen de pierres de grès à bossages. Ce traitement, comparable à celui de l'enceinte d'Aigues-Mortes, confère aux parements l'aspect de faibles reliefs laissés volontairement bruts.
La tour Saint-Martin
Elle est caractéristique de la mise en œuvre de la fortification réalisée sous Philippe le Hardi (1270-1285) avec ses parements à bossages et son profil à bec conçu pour détourner les chocs des machines de guerre.
La tour du Tréseau
Cette tour dont le nom évoque l'administration fiscale qui siégeait dans ses murs au XIVe siècle, domine le front nord-est de la forteresse auprès de la porte Narbonnaise. La construction, exécutée sous Philippe le Hardi (1270-1285), est semi-circulaire ; elle se développe largement en saillie pour mordre sur l'espace des lices, tandis qu'elle impose vers la ville enclose, son mur pignon à la flamande couronné de guettes crénelées. Trois de ses étages sont dotés de voûtes nervurées, de cheminées monumentales et de baies pour le tir des archers. Les deux derniers niveaux sont essentiellement traités pour participer activement à la défense de la place avec des séries d'ouvertures et un chemin de ronde protégé par un parapet.
La porte Narbonnaise
La porte Narbonnaise ouvre la place forte sur son flanc oriental. C'est un ouvrage complexe alliant aux divers dispositifs militaires les éléments de prestige et de confort. Deux hautes tours jumelles renforcées par des becs destinés à dévier les tirs des assaillants sont liées par un châtelet dans lequel est implanté le passage d'entrée que protègent une double herse et un assommoir. Dans les différents niveaux de la construction, des meurtrières assuraient les tirs frontaux et verticaux des arbalétriers. En cas de guerre, des hourds en bois maintenus par des solives fichées dans les murs pouvaient être promptement installés au-dessus de la porte et sur le couronnement des tours afin d'améliorer la défense active. L'équipement domestique, saloir, citerne, cheminées, montre que l'intention était de pouvoir maintenir longuement une garnison dans le cas d'attaques ou de sièges. Ce n'est pas seulement une construction remarquable conçue pour l'art de la guerre ; les salles qui se superposent aux différents niveaux expriment en effet les raffinements de l'architecture gothique avec le soin apporté aux fenêtres à remplage ouvertes vers la ville, aux voûtes sur croisées d'ogives et aux cheminées monumentales.
La porte Saint-Nazaire
Seules deux tours édifiées dans la forteresse sont établies sur un plan carré : la tour de l'Evêque et la tour Saint-Nazaire. La porte aménagée dans cette dernière commande l'accès dans la ville depuis le sud. L'ouvrage entier, très ruiné, a été en partie rebâti par Eugène Viollet-le-Duc, de 1864 à 1866. Sa double ouverture protégée par des herses et de lourds vantaux en bois referme l'espace d'un passage coudé destiné à empêcher l'action du bélier.
La porte d'Aude
Entrée majeure dans la cité depuis la bastide, la porte d'Aude s'ouvre sur le front ouest au proche contact du château. L'ouvrage inséré dans la muraille, comme la porte de Rodez au nord, est armé d'une bretèche. Sa défense est renforcée par un dispositif militaire composé d'une avant-porte desservie par un passage couvert armé de merlons. Ce passage était à l'origine commandé par une barbacane établie sur la rive droite de la rivière jusqu'en 1816. La ville de Carcassonne a choisi de faire construire sur l'emplacement de cette barbacane l'église Saint-Gimer dont les plans et le chantier ont été confiés à Eugène Viollet-le-Duc en 1854.
La porte de Rodez
La porte de Rodez (ou du Bourg) a été créée dans la courtine du Bas Empire qui relie les tours de la Marquière et de Samson. Les archères aménagées à la fin du XIIIe siècle dans les baies antiques de ces tours assuraient le tir flanquant et la défense de la porte médiévale. Sont visibles, à proximité de cette porte, les traces du mur d'enceinte qui protègeait le faubourg Saint-Vincent. Au-delà des lices, la barbacane Notre-Dame et la tour de Mourétis établies sur l'enceinte extérieure constituaient des postes avancés pour sa protection.
La tour l'Evêque
L'appellation de cette tour, construite à la fin du XIIIe siècle sur le front ouest dans la partie la plus étroite des lices, est liée à l'ancien palais épiscopal implanté dans son environnement immédiat. L'ouvrage, de plan carré, s'élève au-dessus des deux lignes de fortification où un passage voûté sur croisée d'ogivesassure la circulation dans les lices. Les contreforts plats qui épaulent ces angles sont couronnés d'échauguettes conçues pour la défense de la porte d'Aude.