Det var først med den dyktige, energiske og norgesorienterte Christian IV (født 1577, konge 1588–1648) at byggeaktiviteten for alvor ble satt i gang igjen. Kongens politikk baserte seg på en sterk militærmakt, og i 1593 begynte han en omfattende utbygging for å holde følge med den militærtekniske utviklingen, særlig av kanonenes ildkraft. Byggingen ble dels finansiert med en årelang ekstraskatt på Østlandet og i Agder, og dels ved pliktarbeid, også for kvinner som særlig ble satt til å bære teglstein. I 1604 sto første byggetrinn ferdig, med borgen omgitt av nye befestninger (Øvrevoll) bygget etter det italienske bastionsystem med steinkledde jordvoller. Videre utbygging foregikk i årene 1616–46.