В 1656 году русский воевода Пётр Иванович Потёмкин взял Ниеншанц штурмом. Однако после войны и крепость, и окружающие территории остались за Швецией.
После этого штурма, примерно к 1677 году, город Ниен был обнесён внешним кольцом укреплений — люнетами с батареями и рвами — от берега Невы и до берега Охты.
Первоначально крепость вмещала 500 человек.
К концу XVII века гарнизон крепости насчитывал более 700 человек и имел в своём распоряжении около 80 пушек.
В окончательном виде, согласно обновлённому проекту, осуществлённому инженером Генрихом фон Зойленбергом, крепость Ниеншанц представляла собой современнейшее по тем временам фортификационное сооружение в форме звезды:
Пять деревянно-земляных бастионов (в том числе Карлов бастион), расположенных в форме звезды,
Два дополнительных равелина.
Затем были достроены два кронверка:
с напольной стороны о трёх бастионах,
на противоположном берегу Невы, состоявший из цитадели и трёх люнетов с тремя равелинами, образовывавших внешнее кольцо укреплений левобережного кронверка.
Главные ворота крепости выходили к Охте, мост через которую связывал её с центром города. Согласно сохранившемуся плану 1681 года, диаметр окружности, описываемой по её оконечностям, составлял около 245 м. Ширина бастионов достигала 60 м, протяжённость куртин (участков стен) между ними — около 50 м, ширина валов — около 19 м, рва — 28 м.