В случае необходимости она могла противостоять контрнаступлению шведов и послужить надежной войсковой базой русским. Вероятно, учитывая все это, Петр I приказал немедленно восстанавливать крепость и возводить дополнительные земляные укрепления — бастионы.
Кто же был автором новых фортификационных сооружений, строительство которых должно было значительно увеличить обороноспособность крепости? Ответ на этот вопрос дает небольшой план-эскиз крепости из собрания чертежей Петра I, хранящихся в рукописном отделении Библиотеки Академии наук СССР. На нем схематично обозначены контуры стен и башен Орешка XVI века, а также даны очертания четырех бастионов с указанием их размеров. В этом наброске плана, выполненном энергичными штрихами от руки без линейки и без строгого соблюдения масштаба не трудно увидеть сходство с собственноручными рисунками Петра I. Сопоставление надписи и цифровых обозначений, имеющихся на плане, с автографами Петра I убедительно показывает, что они выполнены одной рукой. Таким образом, Петр I выступил и инициатором обновления крепости, и автором проекта ее новых укреплений. Обнаруженный набросок плана относится к 1702 году и является наиболее ранним из известных работ Петра I в области архитектурной графики.
Возводились все бастионы одновременно под руководством учителя Петра I Н. М. Зотова, адмирала Ф. А. Головина, будущего канцлера Г. И. Головкина, двоюродного брата царя К. А. Нарышкина. Именами этих людей и были названы сами земляные укрепления и соответствующие им башни. Такая организация работ — «по персонам» — быстро дала свои результаты. Старая крепость была к осени 1703 года «укреплена новыми больверками (земляными бастионами,) кругом», — гласила запись в «Журнале, или Поденной записке» Петра I.
Шлиссельбург представлял редкий в России пример удачного сочетания средневековых укреплений и новой бастионной линии обороны. Если московская твердыня поднималась почти прямо из воды, то теперь она оказалась словно на гигантском земляном пьедестале.
Новые оборонительные сооружения на Ореховом острове доставляли немало хлопот, их постоянно размывало водой. В 1715 году Петр I приказал заново укрепить постройки. Однако выполнить это в полном объеме удалось лишь в третьей четверти XVIII века, когда наружные стены бастионов и куртин Шлиссельбургской крепости были облицованы камнем.
После окончания первоочередных работ Петр I уехал в Москву, видимо уверенный в мощи обновленной твердыни. Как сообщала газета «Ведомости» 3 февраля 1703 года, «царь московский Орешек крепко укрепил и крепость во всем зело поправить велел, стены и башни, и с пушками 2000 человек в крепость посадил».
Укреплением острова руководил А. Д. Меншиков, назначенный комендантом Шлиссельбурга и губернатором Ингерманландии, Карелии и Лифляндии. Он, как писали тогда, «много крепости прибавил», сделал в ней значительный хлебный запас. В 1703 году царь в один из заездов в Шлиссельбург обращался к своему любимцу: «Не думай о своей езде, что здесь нездорово; истинно здорово». Новый губернатор не был, однако, в восторге от своего местопребывания и писал Петру: «у нас здесь превеликие морозы и жестокие ветры; с великою нуждою за ворота выходим; едва можем жить в хоромах». Между тем на острове кипела работа, туда сгоняли сотни работных людей. Весной 1703 года новгородский губернатор П. М. Апраксин послал в Шлиссельбург 1560 тихвинцев. Год спустя восстановлением стен и башен были заняты 617 каменщиков, 258 кирпичников и 48 ломщиков камня. Тогда же первоочередные военно-инженерные работы были закончены.
Переоборудование крепости стоило России сотен человеческих жертв. В своем отчете о работах 1704 года глава Канцелярии городовых дел У. А. Синявин сообщал А. Д. Меншикову поразительные цифры: из 2856 человек, согнанных в Шлиссельбург из Каргополя, Белоозера, Ржева, Олонца и других городов, работало 1504, остальные болели или умерли. В каких условиях протекала работа, можно судить по красноречивому письму (около 1704 года) А. Д. Меншикова У. А. Синявину: «Писал ты ко мне об олончанах о двухстах человеках, которые в Шлютельбурхе на работах, что у них в запасах скудность, и я удивляюсь Вам, что, видя самую нужду, без которой и пробыть не можно, а ко мне описываетесь. Прикажи им хлеб давать, провианту против их братии, и вперед того смотрите, чтоб з голоду не мерли». О дальнейшей судьбе этих людей мы узнаем из челобитной коменданта крепости от 8 августа 1704 года, в которой отмечалось: «хлебных амбаров отделывать некому, потому что работников ни откуда по се число не принято, а которые олонецкие работники те амбары строили, и те все бежали, а пошехонцы заскорбели».