Kolejną przebudowę z rozkazu Zygmunta Starego prowadził architekt królewski Hiob Bretfus (Pretfus), który w 1544 sporządził także dokładny opis zamku. Bretfus poszerzył zamek w kierunku wschodnim, budując w 1544 Basztę Nową Wschodnią w formie pięcioboku, która broniła dostępu do bramy zamkowej od strony miasta i kryła w swoim wnętrzu studnię. Od zachodu zbudowano Małą zachodnią basztę i za nią potężną Basztę Nową Zachodnią (św. Michała) także pięciokątną (przebudowana przez Turków po zniszczeniach z 1672). Pretfus wzniósł też Bramę Polną. W 1585 król Stefan Batory nakazał modernizację starej baszty przystosowując ją do broni palnej. Dawniej na dziedzińcu, blisko bramy, stał niewielki murowany kościółek św. Stanisława, zamieniony po 1672 przez Turków na meczet i później rozebrany. Zamek został odzyskany przez Polskę po pokoju w Karłowicach (1699). W XVIII wieku przeprowadzono kolejne modernizacje pod kierunkiem Andrzeja Glovera. W 1762 Christian Dahlke zaprojektował dziedziniec południowy. Zawiązanie konfederacji barskiej w 1768 spowodowało, że gen. mjr Michał Kuczyński dotychczasowy komendant twierdzy w Kamieńcu podał się do dymisji. Na tym stanowisku zastąpił go gen. mjr Jan de Witte, który pozostał wierny królowi i odmówił poddania twierdzy konfederatom.