La cittadella fortificata, portata a termine nel 1593 e realizzata da Marino Lanci, era la struttura di comando della piazzaforte e sede della guarnigione militare di Grosseto che, in tempo di pace, contava 14 bombardieri e 103 soldati per la sorveglianza, 51 dei quali risiedevano nel cassero, agli ordini del Governatore Militare e del Castellano.
All’interno del baluardo, al disopra del reticolo delle gallerie e delle piazze basse e alle spalle del cavaliere, furono realizzati gli edifici a coronamento della piazza d'armi. Il tutto in ampliamento della struttura preesistente del Cassero senese, inglobato nel baluardo stesso e chiamato Torre del Forbolino dopo i lavori di sopraelevazione di un livello con muratura di mattoni per l’adattamento alle nuove armi da fuoco. Il Cassero medievale fu interrato per tutto il suo primo livello (piano stradale della Porta di Santa Lucia), perdendo così la sua originaria funzione di accesso alla città. La fortezza doveva risultare autonoma e autosufficiente anche in caso di perdita militare dell’intera città e per questo fu dotata di una protezione bastionata rivolta verso l'interno della stessa. I due piccoli baluardi interni furono dedicati uno a S. Lucia (dal nome della chiesa abbattuta per la sua costruzione) e l'altro alla Vittoria (dei fiorentini su i senesi e, quindi, sui grossetani) e posti a difesa della porta di accesso alla fortezza. Questi sono ancor oggi gli unici baluardi dotati di garitte o casini di guardia, anche se rifatti, per l’alloggiamento delle sentinelle a controllo della struttura murata, che furono collocate in posizione avanzata rispetto alla struttura come un avamposto sulla “prua di una nave”. La Fortezza conteneva, al suo interno, oltre agli alloggi della guarnigione, l’armeria, i depositi delle polveri da sparo e dei proiettili, i depositi per le attrezzature militari, il magazzino del grano, il mulino per le granaglie, la cisterna per l'approvvigionamento idrico, il forno, l'ospedale, la cappella di Santa Barbara e quant'altro era necessario per garantire la sopravvivenza della guarnigione per lunghi periodi d’assedio.
Il Bastione della Fortezza dopo un periodo di smilitarizzazione tra il 1767 e il 1840, tornò a svolgere funzioni di deposito delle polveri da sparo fino al 1887, per poi essere trasformato in Distretto Militare dal 1921 al 1944, anno questo in cui, a seguito del bombardamento alleato nella seconda guerra mondiale, venne definitivamente abbandonato, fino al recupero architettonico degli anni '70 del novecento.
Le ultime "ferite" subite dal circuito murario furono quelle del bombardamento alleato del 1943, nel corso del quale andarono distrutti irreparabilmente parte degli alloggi militari del Distretto, facendo perdere alla piazza d'armi, con al centro la vera della cisterna, il suo rapporto geometrico spaziale tipico dell'architettura rinascimentale.
I primi restauri delle Mura iniziarono negli anni ottanta del '900 (1980-85), con il recupero del Cassero Senese ad opera del Comune e della Soprintendenza ai Beni Architettonici di Siena e Grosseto. Negli anni 1994-97 un secondo intervento di restauro riguardò l'intera struttura cinquecentesca del Bastione della Fortezza. Il recupero del Bastione riportò alla luce tutto il sistema difensivo militare.
La cittadella appare oggi come una vera e propria “isola fortificata” rispetto al resto della piazzaforte e della città.