В те времена, когда еще не знали огнестрельного оружия, Детинец был надежной защитой от внезапного нападения врагов, тем более что находился он на возвышенном месте. За весь период своего существования он был только один раз захвачен врагом — полоцким князем Всеславом Брячиславичем в 1065 году. Но деревянные стены, стоявшие на валу, не раз горели. В 1097 году деревянный Новгородский кремль в очередной раз сгорел: вновь он был срублен только в 1116 году при князе Мстиславе Владимировиче, расширившем и перестроившем его. В это время Новгород становится столицей огромного государства, территория которого простиралась от Северного Ледовитого океана до верховьев Волги. Разросшийся по обе стороны Волхова город превращается в крупный центр ремесла и торговли, что вызывает в свою очередь бурное строительство. Детинец был увеличен в южную сторону и достиг размеров современного Новгородского кремля. Основу вала южной стороны составляют уже не городни, а деревоземляной массив с поперечными и продольными бревнами. Верхний слой вала состоит из глины.
Но в 1136 году новгородцы и жители пригородов собрались на вече, сместили князя, потом его арестовали и заключили вместе с семьей на дворе архиепископа, где они просидели под стражей два месяца. День и ночь 30 вооруженных новгородцев сторожили князя, а потом началась борьба, продолжавшаяся несколько лет. В результате власть князя была сильно ограничена, и он становится зависимым от вече: призывается на правление или смещается им. Князья переселяются на Городище, а Детинец с этого времени становится оплотом новой власти — Новгородской вечевой республики. Значительную часть Детинца занимала резиденция архиепископа — Владычный двор, который застраивается многочисленными церквями, жилыми и хозяйственными постройками.
В конце XII века к воротным башням изнутри Детинца пристраиваются надвратные каменные храмы. В 1195 году на воротах, выходивших к мосту через Волхов, новгородский епископ Мартирий возвел каменную Церковь «Положение ризы и пояса Богородицы», от которой ворота получили название Пречистенских. В 1233 году над воротами, которые вели в Неревский конец, была заложена каменная надвратная церковь Святого Федора, в конце XIII века архиепископ Климент поставил каменную надвратную церковь Воскресения… В возведении надвратных храмов Детинца главная роль принадлежала новгородским архиепископам, а князья в строительстве уже не участвовали.
В последующие века строительство надвратных храмов было продолжено: в 1311 году архиепископ Давид поставил каменный храм князя Владимира над воротами, которые вели в Неревский конец; в 1398 году архиепископ Иоанн соорудил новую каменную церковь Воскресения… От крепостной стены 1116 года в результате более поздних перестроек, как и от надвратных храмов, до наших дней не сохранилось ничего. Теперь на крепостной стене нет церквей, а остались только две часовни, пристроенные к башням в более позднее время: Спасская (на южной стороне стены) и Никольская (на восточной). В уцелевшей нише старинных железных ворот Спасской часовни поставлен образ Спасителя.
В самом начале XIV века новгородский Детинец подвергся новой перестройке, однако летописи не сообщают, по чьей инициативе она была начата. После 1302 года в летописях встречается запись: «Заложиша город камен Новуграду», которая относится к возведению каменных укреплений Владычного двора — главной части Детинца, с которой и началась постепенная замена деревянных стен каменными. Вероятно, в это же время возводятся и проездные башни Детинца, хотя некоторые исследователи (например, В. В. Косточкин) считают, что для начала XIV века (да и для всего этого столетия) боевую основу крепостей составляли не башни, а стены.
По каким-то причинам начатые работы вскоре были прекращены, и возобновились они только в начале 1330-х годов. Этот этап в истории Детинца относится ко времени архиепископа Василия — крупного политического деятеля, проявлявшего большую заботу об укреплении Новгорода. «Заложи владыка Василий город камен от Святого Володимера до Святой Богородицы (т. е. от ворот Владимирской башни до Пречистенских. — Н.И.) и от Богородицы до Бориса и Глеба (т. е. от Пречистенской башни до храма Бориса и Глеба, стоявшего в южной части Детинца. — Н.И.)». За 3 года почти вся стена Детинца вдоль Волхова была создана заново, однако на этом работы были приостановлены. Шведы, нарушив Ореховский договор, в 1348 году вторглись в новгородские земли, захватили Вотскую пятину и крепость Орехов, и потому строительные работы в Детинце возобновились только во второй половине XIV века. Правда, вскоре они опять остановились, так как все силы были направлены на сооружение Окольного города. Вновь каменное строительство возобновилось только при владыке Иоанне IV и завершилось в 1430-е годы.