Открытая с моря северная граница требовала особого внимания. За ситуацией на рубеже следили не только заставы служилых людей, но и приказные соловецкие старцы, ездившие по делам в отдаленные монастырские угодья. О всех заслуживающих внимания происшествиях они незамедлительно оповещали монастырские власти и царских воевод. Пристальное внимание уделялось находившимся здесь крепостям. Обветшавшие и требовавшие ремонта укрепления исправлялись и восстанавливались. В 1643 г. был вновь отстроен Сумской острог, для починки которого заготовили и доставили с Выг-озера 30 тыс. бревен.
О безопасности русских владений в Беломорье правительство решило позаботиться в 1646 г., когда царю Алексею Михайловичу «ведомо <…> учинилось, что изо многих государств иноземцы немецкие люди учали приходить к Архангельскому городу Двиною рекою на кораблех заповедным Березовским устьем». В связи с этим архангельскому воеводе Илье Безобразову и дьяку Калистрату Жохову был послан наказ «розсмотрити и роспросить и сыскать всякими сыски накрепко: в которых местех на Двине реке, которою в Березовское устье неметцкие карабли учали вновь тайно проходить, по обе стороны реки Двины мочно сделать крепости, башни поставить каменные, и поперег чепи железные сделать?». В соответствии с полученным предписанием И. Безобразов и К. Жохов ездили к Березовскому устью «до таких мест, где бы башни каменные поставить и чепи железные сделать, розсматривали», побывали они и на Пудожемском устье, «где стоят на караулех сотники и стрельцы для карабленного приходу, и на Мурманском устье», однако подходящего места не нашли, о чем и сообщили в Москву.
Крупнейшими крепостями русского Севера являлись остроги на реках Коле, Суме и Кеми, а из расположенных в Беломорье обителей — Соловецкий монастырь, расположенный на самом крупном из Соловецких островов, между гаванью Благополучия и Святым озером. На монастырские деньги были построены не только Сумской и Кемский остроги, но и укрепления сел Керецкое и Сороцкое, находившихся в зоне действий шведских отрядов.
Важнейшую роль в обороне Беломорья играла Соловецкая обитель. В отличие от деревянных Кольского и Сумского острогов монастырь на Соловках представлял собой первоклассную крепость. В 1584–1594 гг. ее укрепления были значительно усилены постройкой новых стен и башен из гранитного валуна. Руководил работами постриженник Соловецкого монастыря, уроженец Ненокского посада Трифон Кологривов, сумевший сделать монастырь неприступной твердыней. Пять угловых и три пристенных башни в соответствии с новейшими фортификационными требованиями были выдвинуты им за линию стен, сложенных из местных диких камней. Некоторые из лежавших в основании стен валунов достигали 6 м длины и 1,5 м ширины. Камни были плотно подогнаны друг к другу, образовавшиеся при кладке «порожние места» заделывались щебенкой и скреплялись известковым раствором. Первоначально крепость защищали 6 башен, во время работ в начале XVII в. строители пристроили еще 2 башни — Поваренную и Квасопаренную. Высота башен достигала 14–15 м, а длина каменной монастырской стены — 509 саженей. Бои (амбразуры) устроили на нескольких уровнях и под разными углами, направленными к земле, поэтому под крепостными стенами не было мертвых непростреливаемых зон. Находившиеся в наиболее уязвимых местах южная и северная стены обители достигали в высоту 11 м, а в ширину — 6 м. Оборона крепости с напольной стороны была усилена рвами, выложенными крупными валунами.
Постройка мощной каменной цитадели на Соловках упрочила оборону северных рубежей, превратила обитель в крупный военный центр, где размещались нанятые монастырем стрельцы и пушкари, находили надежное укрытие жители близлежащих селений. С 1657 г. военному делу стали учиться и сами соловецкие монахи.
Главным форпостом России в Поморье стал Архангельск — «государева корабельная пристань». Основание города, первоначально называвшегося Новыми Холмогорами, Двинская летопись относит к 1584 г., хотя первый дошедший до нас документ о его строительстве датирован 4 марта 1583 г. Речь идет о царской грамоте двинским воеводам Петру Афанасьевичу Нащокину и Залешанину Волохову, приискавшим к тому времени место для нового города на мысе Пур-Наволок. В ней сообщалось о получении росписи и чертежа будущей крепости и приказывалось «город делати на том месте и той мере, по росписи и чертежу, какову роспись и чертеж к нам прислали, наспех, теми посошными людьми, которую посоху к тому к городовому делу есмя указали».
Строители новой «государевой пристани» изначально позаботились о ее безопасности. Посетивший в 1586 г. Россию Жан Соваж Дьепский оставил восхищенный отзыв о построенной на Пур-Наволоке крепости: «Она составляет замок, сооруженный из бревен заостренных и перекрестных; постройка его из бревен превосходна; нет ни гвоздей, ни крючьев, но все так хорошо отделано, что нечего похулить; хотя у строителей русских все орудия состоят в одних топорах, но ни один архитектор не сделает лучше как они делают».