Οι κατασκευαστικές φάσεις
Το συγκρότημα των οχυρώσεων, όπως σώζεται σήμερα, είναι αποτέλεσμα πολλών κατασκευαστικών φάσεων. Οι εργασίες ξεκινούν τον Ιούνιο του 1579. Σύμφωνα με την πρόταση του Ενετού μηχανικού Genese Bressani, κατασκευάζεται περιμετρικός παράκτιος περίβολος που ενισχύεται σε καίρια σημεία με προμαχώνες και διαμορφώνονται οχυρώματα στα ψηλότερα σημεία της βόρειας και της νότιας πλευράς, για να αποκλειστεί κάθε δυνατότητα αποβίβασης του εχθρού στο έδαφος της νησίδας.
Το σχέδιο Bressani δεν ολοκληρώνεται, καθώς κρίνεται ανεπαρκές από τον στρατιωτικό διοικητή της Κρήτης Latino Orsini που επισκέπτεται τη νησίδα το 1584 και προτείνει την κατασκευή μιας ακόμη γραμμής άμυνας στην κορυφογραμμή, για να εξασφαλιστούν τα οχυρώματα του κάτω περιβόλου και να μειωθεί το συνολικό κόστος κατασκευής, καθώς πολλές από τις υπολειπόμενες εργασίες της κάτω ζώνης που προέβλεπε το σχέδιο Bressani θα μπορούσαν πλέον να παραλειφθούν. Το 1585 ξεκινούν οι εργασίες για την κατασκευή των οχυρώσεων στην κορυφογραμμή πάνω τα ερείπια της παλαιάς οχύρωσης. Ωστόσο μετά το 1586 οι οικονομικές δυσχέρειες της Ενετικής Δημοκρατίας επιβάλουν τον περιορισμό των εργασιών και σταδιακά το ενδιαφέρον για τη Σπιναλόγκα μειώνεται.
Η νησίδα έρχεται και πάλι στο προσκήνιο στις αρχές του 17ου αιώνα και ιδιαίτερα μετά την εισβολή των Οθωμανών στην Κρήτη το 1645. Οι Ενετοί πραγματοποιούν σειρά εκτεταμένων επεμβάσεων και αλλαγών καταβάλλοντας σοβαρές προσπάθειες να ενισχύσουν τις οχυρώσεις. Ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια του Κρητικού Πολέμου (1645-1669) γίνονται εκτεταμένες εργασίες σχεδόν σε ολόκληρη την περιμετρική οχύρωση. Τα τείχη ανυψώνονται, ενώ στα επιμέρους οχυρώματα κατασκευάζονται κανονιοθυρίδες ανοικτού τύπου. Οι κατασκευές αυτής της περιόδου είναι λιγότερο επιμελημένες σε σύγκριση με εκείνες της παλαιότερης φάσης, καθώς τα έργα γίνονται κάτω από δύσκολες συνθήκες, σε καιρό πολέμου, με περιορισμένες οικονομικές δυνατότητες και προβλήματα ανεφοδιασμού.