L’intégration de Belfort au royaume de France (traités de Westphalie de 1648) et l’incorporation de la Franche-Comté à la France (paix de Nimègue de 1678) confèrent à la ville une position stratégique qui nécessite d’assurer sa défense.
Vauban, ingénieur militaire, dépêché par Louis XIV, présente son projet en 1687 ; les travaux, bien que non achevés, sont réceptionnés en 1703.
Il fortifie la ville par une enceinte pentagonale dont un des côtés est formé par l’abrupt du château, comprenant trois tours bastionnées (tours 27, 41 et 46) et deux portes (la porte de Brisach au nord et la porte de France à l’ouest). Il construit aussi les différents bâtiments utiles à la garnison, dont les casernes qui peuvent loger 2500 hommes.
En créant une ville neuve, Vauban double la superficie de la ville avec une place principale (la place d’Armes) et des îlots d’habitations, selon un plan en damier, destinés aux civils, qui contrastent avec la ville ancienne aux rues étroites et tortueuses.
Dans les faits, compte tenu de son éloignement des frontières sensibles, Belfort joue le rôle d’un simple entrepôt militaire plutôt que d’une véritable place de guerre.
Parallèlement la ville s’agrandit extra-muros notamment en raison de l’importance de sa population civile qui quadruple au cours du XVIIIe siècle (4000 habitants à la fin du siècle). Ainsi des faubourgs apparaissent (la construction de la "Grand’rue du faubourg de France" commence en 1760) ou s’étendent. L’installation d’un relais de poste, sur la place Corbis actuelle, contribue aussi au développement de la cité qui devient un carrefour routier. À la veille de la Révolution française, Belfort compte autant d’habitants intra-muros qu’extra-muros.
Pour la première fois, la ville se développe donc durant le XVIIIe siècle aussi en dehors des remparts, au-delà des jardins et des vergers, et cette urbanisation constitue les prémices de son expansion future.