XIIIe siècle : le nouveau château est bâti au sommet de l'épine rocheuse, il comprend (d'ouest en est) : le châtelet contenant peut-être déjà écuries et artisans ; le fossé sec occidental ; le château ; le fossé oriental qui est probablement la résultante de l’exploitation de la pierre pour construire le château et les murs). La construction de ce nouveau château sur l’épine gréseuse qui surplombe le premier château et la ville a pu commencer sous l’épiscopat de Conrad de Scharfeneck (1213-1224), mais il est certain que c’est l’évêque Jacques de Lorraine (1239-1260) qui la poursuit. Épinal est fortifiée d’une puissante muraille montant jusqu’au château et de fossés. « Le château se dresse à 387 mètres d’altitude, soit 50 mètres au-dessus du cours de la Moselle. » « Typologiquement, le château d'Épinal appartient à la catégorie des enceintes polygonales à Bergfried, si abondamment représentée dans l’ancienne Lotharingie et dans l’Empire. » Le donjon « évoque les grands donjons quadrangulaires résidentiels qui sont apparus dans la vallée de la Loire à la fin du Xe siècle et qui ensuite se sont lentement diffusés vers l’est. ».
1225-1226 Les habitants imposent à l’évêque un rouleau des droits qui limite son pouvoir sur la ville, Épinal s’approprie officiellement une certaine autonomie.
19 décembre 1272 – août 1274 : L’avoué épiscopal, qui affiche son indépendance par rapport à son propre maître s’unit aux bourgeois, aux chevaliers, au prévôt, aux barrons et à toute la communauté et donnent Épinal au comte Thiébaut de Bar, ayant assiégé la ville puisqu’en conflit avec l’évêque Laurent de Lichtenberg (1270-1281). La ville devient progressivement quasiment indépendante.
XIVe siècle : les évêques de Metz perdent le contrôle de la ville et du château, les Spinaliens contrôlent leur cité.
1356 : Tremblement de terre dit de Bâle, qui détruisit cette ville eut des retentissements dans les Vosges. (Fissures nombreuses découvertes sur les restes du donjon lors de la fouille).
1444-1446 Les Spinaliens se donnent au roi de France Charles VII qui promet de ne jamais aliéner la ville.
Entre 1464 et 1500 : Dans la ville et au château : « Dans les tours, on installe surtout de l’artillerie ; chacune se voit percée de canonnières au ras des fossés et munies d’arquebuses à crochets, de bombardes ou de couleuvrines. Les embrasures des canons, percées horizontalement, laissent juste le passage du boulet. Ces canonnières sont situées au bas des tours pour faucher les assaillants à courte distance, alors que les archères sont fendues en haut des tours. ». Il est possible que ce soit à cette époque que le contrefort bouclier soit construit sur la face nord du donjon, face au plateau de la Justice.
1465 : Le fils de Charles VII, Louis XI, cède la ville au Maréchal de Bourgogne, Thiébaut de Neufchâtel. Les Spinaliens refusent de se rendre, le maréchal entreprend un siège depuis le plateau de la Justice, au nord du château. La bataille d’artillerie aurait duré d'avril à juillet et « causa de gros dégâts au château. Le front nord fut endommagé et le logis qui lui était adossé parait également avoir souffert. ».
Août 1466: Par un accord signé par le roi, Épinal est rattachée au duché de Lorraine qui est dans le giron de l’Empire.
1473 : l’Évêque de Metz fait alliance avec la Bourgogne afin de récupérer sa ville d'Épinal, il engage ainsi le château.
Avant 1475 : L’ « arsenal » semble avoir été construit sur la citerne peu avant le règne du Téméraire.
20 octobre 1475 : Charles le Téméraire occupe la ville de laquelle il souhaite légitimement se rendre maître, ses troupes en sont expulsées en septembre de l’année suivante par le duc René II et les habitants.
1481 : La salle neuve est construite dans l’angle des courtines Sud et Ouest.
Après 1495 : Le logis seigneurial est supprimé entièrement ; il s’agissait d’un bâtiment à colombages sur solin de pierre, pouvant avoir un étage, couvert en tuiles rondes et adossé à la courtine nord. Il était espacé de la face ouest du donjon de 1,90 mètres au nord et de 2,40 mètres au sud.
1512-1513 : Construction de la défense est percée de canonnières. Un grand pont couvert en bois existe derrière le château.
1515 : « les vieil degrés de bois » qui permettaient de monter au château le long du flanc est sont supprimées.
1515-1516 : Un pont-levis est construit. Il se trouve en avant de la saillie qui est formée par le boulevard percé de canonnières. Il continue le passage du pont dormant, mentionné ci-après.
1519-1520 : Construction des trois piliers de pierres qui soutiennent un pont de bois (leur construction du commencer avant 1513). Le pont de bois provisoire est supprimé. Il est aussi possible que ce soit à cette époque de travaux importants que la tour de Lespinoux soit reconstruite. En 1472 une fausse tour existe derrière le château, il est possible que cet édifice ait précédé la tour de 1520. C’est certainement à cette période que le système défensif est de l’accès soit réalisé : plessis (?) et barbacane (?).
1524-1525 : La rampe qui permet de monter sur la plate-forme de la courtine ouest est signalée dans la comptabilité, elle dut être construite à cette date, et la partie nord de la salle neuve est donc supprimée.
1533 : La toiture du donjon est relevée ce qui ne permet plus au guetteur de voir vers la ville depuis la « chambre de waiste » (chambre de veille = guérite ?), c’est alors que le « petit beffroi » ou tour du guet est construit sur le donjon sous ordre du duc Antoine. Il est en colombages et torchis.
1534-1535 : La toiture de la « grant tour du donjon » est couverte de cinq milles tuiles « plombées en trois couleurs ».
1577 : La tour du pont est signalée. (Tour de Lespinoux).
1601-1602 : Inventaire des travaux d’entretien importants à effectuer, l’ensemble du bâtiment est dans un mauvais état. La tour du pont existe encore (tour de Lespinoux), mais « menasse ruine ». Toutes les couvertures et de nombreuses pièces de charpente du château sont à refaire à neuf. La plate-forme (courtine Ouest) existe toujours.
1626 : Réalisation du plan Bellot qui montre le château d’une manière « complète » avant les dommages causés par les assauts successifs et destructeurs qui suivirent. De la tour de Lespinoux (non représentée par Bellot) jusqu’à l’extrémité ouest du châtelet (tour du Voué) l’éperon s’étend sur 380 mètres pour une largeur de 100 à 120 mètres. « Le site d'Épinal se présentait donc comme une succession en longueur de trois enceintes flanquées de tours. Ces tours étaient ouvertes à la gorge, vides, sans toit ni pièce fermée. Elles sont souvent appelées « fausses tours » dans les livres de compte. » « Le système de construction des murs, des tours et des courtines est celui le plus anciennement utilisé dans les fortifications urbaines : deux parements de pierres de taille et de moellons très irréguliers, en grès rose, renfermaient un massif de blocage irrégulier. L’épaisseur et la hauteur des murailles urbaines étaient variables ; quelques dimensions nous sont données par un procès de 1747 : lorsque les murs conservaient encore leur chemin de ronde, ils mesuraient environ une dizaine de mètres de haut ; l’épaisseur des murs variait entre un mètre et deux mètres suivant leur exposition et leur situation. ».
(Le plan de Nicolas Bellot est actuellement visible au musée de l'Image d'Épinal).
1629-1630 : Le pont dormant est refait. Les comptes municipaux attestent de l’existence d’une galerie couverte de pierres de taille et pavée, passant sur la courtine est qui relie la tour Saint-Georges au donjon.
1631-1632 : Construction sous un même toit du four, du fournil et du corps de garde dans l’angle formé par la courtine nord et le donjon. Les bâtiments précédents, dont le donjon, sont signalés inhabitables et ruinés. La salle neuve est peut-être déjà détruite en 1631, mais avant 1644.
1633-1638 : Première occupation française : le maréchal français Caumont-la-Force s’empare de la ville qui se rend sans combattre.
1635 : On souhaite reconstruire une galerie de bois allant de la tour de l’Espinoux jusqu’au donjon pour faire des rondes, (visible sur le tableau de N. Bellot). Il apparaît que c’est dans ce second tiers du XVIIe siècle que fut créé l’escalier dans le logis du capitaine ainsi que le mur protégeant les poternes de la courtine sud. C’est probablement à ce moment que le bastion quadrangulaire ouest est construit en avant de la « plate forme qui regarde la ville ». En effet, une décharge d’artillerie menaçait ainsi les Spinaliens, secrètement fidèles au duc Charles IV. Le duc de Lorraine Charles IV reprend « la ville et le château qui abritait une garnisons française ».
1636 : Après les épidémies de peste, Épinal ne compte plus que 1000 habitants.
1637 : Le duc s’empare « à nouveau de la place par surprise ».
1637-1640 : Épinal s’investit dans les préparatifs de guerre : « la plupart des faubourgs est rasée pour permettre l’érection de puissantes levées de terre. Au sud de la ville, entre Moselle et Porte d’Ambrail, des demi-lunes et des redans furent édifiés pour protéger les hautes murailles contre le tir d’artillerie. C’est sur ce secteur que portèrent les assauts du maréchal de Créqui (1670). Les portes d’Ambrail et du Grand Moulin furent murées. Moulins, foulons, gaucheux et papetiers disparurent au cours des opérations militaires. ».
1641 : « reniant le traité qu’il venait de signer à Paris, le duc de Lorraine remit la ville et le château en état de défense. ». C’est à cette date que la toiture du donjon est supprimée pour en faire une plate-forme, la paroi nord du donjon est dégradée sur environ vingt mètres.
1641-1649 : La ville capitule face aux Français le 23 août 1641 « après une furieuse canonnade » et le 28, le château « défendu par le baron d’Husbache, tenait bon : il fallut employer la sape et la mine qui ouvrirent une brèche [(courtine nord)] où l’assaillant se rua. Les assiégés se réfugièrent dans le donjon, mais pris au piège, ils finirent par se rendre. » Le maréchal François du Hallier s’en empare alors.
1645 : Des palissades de bois sont établies sur la brèche. Par la suite (entre 1649 et 1656), c’est une levée de terre qui sera accumulée dans la cour et dont la hauteur atteignait les quatre mètres. Elle « engloutit à la fois les ruines de la salle neuve adossée au bastion, la rampe, les restes de la palissade, le premier remblai et le corps de garde. ».
1649 : « le maréchal de La Ferté remit le siège devant Épinal [à la fin de l’année], mais la place fut si vigoureusement défendue par les colonels lorrains qu’en dépit de la large brèche ouverte dans la muraille par l’artillerie française, le maréchal doutant du succès préféra se retirer. ».
16 août 1650 : les troupes lorraines reprennent la ville avec l’aide des habitants.
1651-1661 : « Neutralité, puis, à partir de 1653, troisième occupation française jusqu’au traité de Vincennes de février 1661. ».
18 juillet 1653 : La municipalité prête allégeance au roi Louis XIV sous la menace.
1652 : Réparation de la citerne, le dessus est pavé.
1653 : Les Spinaliens reçoivent l’ordre de détruire les fortifications de la ville (c’est peut-être à cette date que le bastion ouest est rempli de sable).
19 septembre 1670 : Les troupes françaises s’emparent de Nancy, le duc Charles IV se retire à Épinal, défendue par le Comte de Tornielle et la garnison lorraine. Après 18 jours de siège, le maréchal français de Créquis reprend la ville, et le château capitule le 28. Pour donner l’exemple au reste de la Lorraine, la ville est condamnée à payer trente mille francs barrois et à détruire ses fortifications et son château à ses frais : la ville comportait dix-huit tours, 7 tours de portes 8 tours et deux portes en petite ville (Rualménil) 14 tours au château, et 1 700 mètres de muraille. La ville cesse d’être une place forte et stratégique. Elle se francise progressivement. Elle reste ducale jusqu’en 1766 par le rattachement de la Lorraine à la France. Les murs de la ville sont partiellement supprimés, souvent intégrés aux habitations qui s’y agglutinent ; les portes des Grands-Moulins, de Saint-Goëry, d’Ambrail et d’Arche sont supprimées entre 1723 et 1778 tandis que celle du Boudiou est rasée au XIXe siècle juste avant que Mérimée ne la classe monument historique.
(Voir Épinal pour l'histoire complète de la ville.)