戚繼光認為：“須駐重兵以擋其長驅，而又乘邊墻以防其出沒，方為完策”（《戚少保奏議》P37）。而當時的長城守衛部隊疲弱不堪，戚繼光多次提議調部分戚家軍北上，在譚綸的努力下，杭嘉湖參將胡守仁、署事參將李超等率3000名戚家軍于隆慶三年二月到達密云郊外待命。優良的軍紀，震撼了長城守兵。是年，南兵增至一萬，六年增至二萬，戚繼光有了骨干隊伍。

戚繼光對各種冷熱兵器進行了全面的更新改造，以最新式、最精良的武器裝備自己的部隊；與譚綸一起設計、制造了偏箱戰車，上架火炮，堪稱現代戰車之雛形；建立車步騎營，創造三兵種聯合作戰的新戰術——馬背上的鴛鴦陣；撰兵書《練兵實紀》，大規模訓練將士；修建邊墻敵臺，大大增強長城的防御能力；調整防區，部署嚴密防守。

大規模修建城墻敵臺。自洪武初年，元廷遁北之始，明廷即開始修復長城，主要是在秦漢長城、北魏長城、北齊長城和隋長城的基礎上加以修筑，并增筑煙墩、烽堠、戍堡、關隘等。但筑城的方式多數還是采取傳統的夯土而筑，局部地區將土墻改為石墻，即砌石為墻。戚繼光深感這樣的長城在防御功能上的不足：邊墻修得低薄，多以泥土夯實而成，日子一久，自然會倒塌傾圮，連續出現“歲修歲圮”的現象，并且缺乏憑險據守的堡壘，根本無法阻擋韃靼部落的襲擾。“每年修守，每年賊入，大虜不犯則已，犯則如蹈無人之境，何也？”戚繼光深深地感到：“人亦以險固，設險為虛，人何由守？”提出按高質量的要求全面修復城墻，“金湯勢成，不戰而屈人之兵者在是矣”（《戚少保奏議》P192）。他將在臺州抗倭時修筑城防的經驗運用到北方長城的加固改建上。一是修建空心敵臺，將在臺州抗倭時的發明——空心敵臺在長城依山就勢大量修建，親自擬定筑臺規則，在臺州所筑敵臺的基礎上加以改進創新，至萬歷九年（1581）薊昌二鎮先后三期共建1448座空心敵臺，進可攻，退可守。（《戚繼光評傳》P119）隆慶五年八月，時任薊遼總督劉應節將空心敵臺總結為有利于屯兵、儲藏糧食彈藥、居高居險等攻守之十利，其功皆屬戚繼光。（《戚少保年譜耆編》P313）二是加固長城，先是將城墻增高加厚，但仍感不足，萬歷四年（1576）起參考臺州城在城墻兩側用磚石包砌增加牢固的經驗，大規模用磚石包砌長城，即用經過修整的石條為基，墻體內外用青磚包砌，一直到頂，白灰勾縫，內實三合土，保障墻體堅固耐久。（《戚少保年譜耆編》P389）三是完善長城的附屬設施，增建垛墻、懸眼等設施。四是墻外削偏坡、挑壕塹、挖品坑，減弱敵人的攻擊能力。五是墻內建附臺軍營（老營）。這就構成了一個城墻高峙、敵臺林立、烽堠相望、完整而堅固的防御工事體系。在張居正、譚綸等推動下，宣府、大同、太原三鎮參照戚繼光的范例亦全面修建轄區長城敵臺。（《中國古代北方民族通論》P274，但只有部分城墻磚包城，因而保存得遠不如戚繼光所主持修建的山海關至居庸關段長城完好。）

為了檢驗修城練兵的效果，戚繼光在隆慶六年（1572）十月借朝廷閱視之機，在薊州的中心地帶湯泉（今河北遵化縣北）組織了16萬主客兵參與的防御韃靼騎兵入侵的演習，歷時20余日，規模空前，成績巨大。通過這次大檢閱、大演習，充分展示了薊鎮守軍士氣之高昂，戰法之精湛，防守之嚴密，也展示經戚繼光修建的長城敵臺在防御上的重要作用，是戚繼光軍事思想的一次成功實踐。