建造江户城的石墙
1605年四月，江户城正式开始“天下普请”之际，德川家康让儿子秀忠继承了征夷大将军一职，自己开始过隐居的生活。
第二代大将军德川秀忠任命内藤忠清、神田正俊、都筑为政和石川重次为普请奉行，命令堪称筑城术第一人的藤堂高虎重新制定江户城的基本规划。这项工作被称为“圈绳定界”（日文为縄張り），也就是圈绳划定建筑面积。藤堂高虎在效忠丰臣家时，曾规划过郡山城、和歌山城和小仓城，是圈绳定界的高手。在关原之役后，他赢得了德川家康的信任，设计了二条城和伏见城，与丰臣秀吉建造的大阪城对抗。如今，他正着手把江户城建成天下第一城。
藤堂高虎手下有来自全国各地的优秀土木建筑师。织田信长在建造安土城时，曾经使用近江国（滋贺县）志贺郡阪本村穴太的石工，建造了气势非凡的石墙。之后，穴太的石工成为举国闻名的石墙专家，“穴太”这两个字便成了建石墙的土木建筑师的代称。曾经和藤堂高虎一起为丰臣家建城的穴太，再加上户波一族的骏河和三河，率领众多徒弟，在江户城的建设中发挥了举足轻重的作用。
在幕府的土木建筑师的指导下，各藩国的大名分别雇用穴太在自己分配到的地段筑起石墙。要在坚硬的岩石上堆石头并不困难，但江户城的壕沟是由日比谷湾填土而成的泥地，沉重的石墙一下子就会陷进泥地。
于是，土木建筑师把松木置于泥地中，组成木排，用长长的木桩固定，再筑石墙。采取这种名为“木筏地形”的方法后，仍然会出现石墙下沉的情况。有时候，工程进行到一半，好不容易堆起的石墙又倒塌了。浅野但马守长晟的工地，曾经发生过百数十人被压在石头下惨死的意外事故。
听到这个消息，加藤清正便采取了后来流传后世的解决方法。他命令壮丁去武藏野上割了许多芒草，铺在泥地上，然后找来许多10—15岁的孩子，让他们在上面尽情玩耍，花费足够的时间，把地面踩结实后再筑石墙。虽然工程进度比浅野家落后，但即使发生地震，石墙仍然屹立不倒。
环立式天守的设计
完成石墙的土木工程（普请）后，人们终于着手营建工程。德川家的各项营建工程向来是由木原吉次担任指挥，不过这次也请曾在奈良法隆寺担任大木匠师的中井正清率领众多近畿地区的优秀木匠协助。
中井正清的父亲中井正吉是丰臣秀吉兴建大阪城的大木匠师，正清承袭了父亲的技术，和藤堂高虎一样，在关原之役后赢得德川家康的信赖，参与二条城和伏见城的建设。德川家康和秀忠虽然成为将军，夺取了天下，但丰臣秀吉之子丰臣秀赖仍住在秀吉建造的、三国无双的名城大阪城，不知道何时会对德川家展开反扑。因此，他们特地找来对大阪城知之甚详的中井正清，要把江户城建造得比大阪城更加无懈可击。
藤堂高虎设计的江户城，根据江户都市规划的“の”字形方案，采取了“涡状城郭式”构造。在本丸（城郭中心）的高台周围，二丸（第二道城墙）、三丸（最外层城墙）、西丸（西城）和北丸（北城）的外部城郭按涡旋状排列，这是最复杂的城楼设计，敌军难以攻入。中井正清的这项设计无疑使江户城天守成为比大阪城天守更大、更先进的建筑。
该设计在本丸中央耸立的大天守东侧、北侧和西侧依次各造一个小型天守，形成环状连接，也就是所谓的“环立式天守”。由于本丸内建造了四个大小不同的天守，形成“天守丸”的特别架构，即使敌人攻进本丸，天守丸仍然可以发挥城池的作用。
织田信长的安土城和丰臣秀吉的大阪城，是在大天守旁设置一个小型望楼，没有建造小天守，外观看起来像梯子，因此被称为“梯立式”构造。“环立式”江户天守采取的是绝对不可能遭敌人攻克的“易守难攻”的新构造。
建造大天守
中井正清设计的环立式大天守，是日本历史上前所未有的高层建筑。
本丸的御殿已在1606年九月完工，将军德川秀忠已迁入居住。在御殿西北方，伊达政宗（仙台）、上杉景胜（米泽）、蒲生秀行（会津）等关东和东北地区的诸大名奉命建造高达八间（约15.8米）的天守丸石墙。翌年，又增加了二间（约3.9米）的大天守台石墙。
