In den folgenden Jahren kam es immer wieder zu Erweiterungen der Festung, so 1653, 1700 und 1735. In diesem Jahr wurde die maximale Ausbaustufe erreicht. Ab 1658 nutzte das Herzogtum Württemberg die Festung als Staatsgefängnis, aber auch als sichere Zufluchtstätte für die herzogliche Familie. Während des Spanischen Erbfolgekriegs wurde auf dem Hohentwiel von 1701 bis 1714 Verteidigungsbereitschaft hergestellt, es kam aber zu keinen Kampfhandlungen. Herzog Eberhard Ludwig weilte am 17. März 1702 auf der Festung. Zwischen August und Oktober 1741 waren der junge württembergische Herzog Carl Eugen sowie die Prinzen Ludwig Eugen und Friedrich Eugen auf Grund des Österreichischen Erbfolgekriegs zu ihrem Schutz auf dem Hohentwiel untergebracht. Von 1759 bis 1764 war Johann Jacob Moser politischer Gefangener im Staatsgefängnis. In der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts verlor die Festung zunehmend an militärischer Bedeutung, was sich am Abriss und nicht durchgeführten Wiederaufbau von Gebäuden in der Unteren Festung zeigte. Nach 1787 waren Mitglieder der Hannikel-Räuberbande Gefangene im Gefängnis. 1799 hielt sich Herzog Friedrich II. zum letzten Mal in der unzerstörten Festung auf.