Polllster Kellyanne Conway blir kampanjchef och Stephen Bannon på Breitbart News VD. Paul Manafort är fortfarande kampanjordförande, men analytiker säger att han faktiskt har degraderats.
Mr Trump sa till AP att de nya ledarna var "ohyggliga människor... de är mästare".
Mr Trump har sett sina opinionssiffror halka sedan partikonventionerna förra månaden.
Han spårar den demokratiska partikandidaten Hillary Clinton både nationellt och i viktiga slagfältsstater.
Teamet som formar Trumps kampanj
Den senaste omvälvningen kommer bara 82 dagar före valet.
På sin hemsida sade Trump: "Jag har känt Steve och Kellyanne båda i många år. De är extremt kapabla, högkvalificerade människor som älskar att vinna och vet hur man vinner."
Den Associated Press nyhetsbyrån sade detaljerna i den nya hierarkin var utsmyckade vid en lång senior personalmöte på Trump Tower på tisdagen och att fler seniora utnämningar förväntades under de kommande dagarna.
Vid ett kampanjmöte i Ohio i tisdags sade Clinton att förändringarna skulle göra liten skillnad för loppet.
"Han kan anställa och avskeda vem han vill... De kan få honom att läsa nya ord från en teleprompter. Men han är fortfarande samma man", sade Clinton.
Donald Trump har slagits i vallokalerna och skakat upp sin kampanj igen, men förvänta dig inte en snällare, mildare kandidat när som helst snart.
Många äldre republikaner vill att han ska rein i hans impulsiva utbrott och mjuka upp hans grova kanter för att vädja till fler väljare, särskilt kvinnor och oberoende.
Trumps utnämning av Stephen Bannon, ett obesegrad högereldmärke, för att leda hans kampanj verkar dock signalera att mer kontroverser ligger framför oss, inte mindre.
Omväxlingen tyder på att medan han inser att en förändring behövs, kommer New Yorks miljardär inte att förändras.
"Jag vill inte förändras. Alla pratar om, "Åh, du kommer att svänga, du kommer - jag vill inte svänga. Du måste vara du. Om du börjar pivoting, du är inte ärlig mot människor," Mr Trump sade.
De nya utnämningarna kommer före Trump lagets första stora TV-annonser, på grund av att starta denna vecka.
Även om Manafort stannar kvar i sitt jobb, säger analytikerna att de nya utnämningarna, som kommer två månader efter det att kampanjchefen Corey Lewandowski avskedades, representerar en demotion.
Washington Post citerade Trump kampanj aides som säger Mr Trump respekterade Mr Manafort men kände "boxas in" av människor "som knappt kände honom".
Manafort, tidigare rådgivare åt George HW Bush och Bob Dole, deltog först i Trump-kampanjen i mars.
Den verkställande ordföranden för Breitbart har själv beskrivit sin roll där som "ohyggligt anti-etablering", åsikter som har lett webbplatsen till starkt stöd för Mr Trump.
I en artikel i Bloomberg i oktober förra året beskrevs Mr Bannon som "den farligaste politiska aktören i Amerika" - en fras som Trumps egen webbplats gärna upprepade när han tillkännagav sin utnämning.
Han avgår tillfälligt från Breitbart för att arbeta med kampanjen på heltid och förväntas leda en mycket aggressiv strategi.
Mr Trump har pressats av vissa republikaner att tona ner sin eldiga retorik i kölvattnet av ett antal kontroversiella kommentarer under de senaste två veckorna och den efterföljande sänkningen av opinionssiffrorna.
Men Mr Trump verkar vilja stå vid kampanjen stil som vann honom republikanska nomineringen.
Han sade på tisdagen: " Vet du, jag är den jag är. Det är jag. Jag vill inte förändras.
"Alla pratar om, 'Åh, ja, du kommer att svänga, det kommer du att göra.' Jag vill inte svänga. Du måste vara du. Om du börjar svänga, är du inte ärlig mot människor."
Conway har erfarenhet av politiska kampanjer och har tidigare arbetat med tidigare vice ordförande Dan Quayle och före detta talman i parlamentet Newt Gingrich.
I ett republikanskt pressmeddelande förra månaden sades Conway allmänt betraktas som "en expert på kvinnliga konsumenter och kvinnliga väljare".
Hennes förmåga att exakt förutsäga valresultat i det förflutna har vunnit hennes utmärkelser.
Manafort har haft en orolig vecka, efter en rapport i New York Times som liggare i Ukraina visade att han var öronmärkt för $ 12,7 miljoner (9,8 miljoner pund) i oskyddade kontantbetalningar från den tidigare pro-ryska regeringen mellan 2007 och 2012. Han nekade till att få någon "off-the-book kontant betalning".
Trump lagets påstådda pro-Ryssland länkar har varit en nyckelfråga i kampanjen, och de senaste anklagelserna utlöste ett samtal från Clinton kampanjen för ett fullständigt avslöjande.
Opinionsundersökningar sedan de nationella konventionerna har gjort dyster läsning för Trump laget, både nationellt och i nyckelstater.
Den nationella ledningen för den demokratiska kandidaten är för närvarande mellan sju och åtta punkter, föreslår opinionsundersökningarna.
New York Times sade i måndags att ingen modern kandidat som följde efter så här mycket tre veckor efter det att sammankomsterna hade vunnit valet.
En opinionsundersökning i delstaten Virginia, som genomfördes i Washington Post på tisdagen, gav Clinton en 14 poängs ledning där.
Republikanska presidentkandidaten Donald Trump har sett över sitt kampanjlag för andra gången på två månader, med två nya ledare.