代是我國繼秦、漢之后長城修建的又一個高峰，長城工程技術和建筑結構難度遠遠超過以前歷代。

朱元璋在占領元大都之后，即派大將軍徐達修筑長城，部署北方的軍事防線，明永樂二年（1404年）建慕田峪關，關城在今慕田峪村內東側，已毀，關城石匾“慕田谷關”猶存，現保存在長城文化展示中心。慕田峪原名“摩天峪”，明代以后改名慕田峪。

長城隘口“正關臺”是“慕田谷關”的前哨，由三座敵樓并立，兩側樓體較小，中間樓室寬大，三座敵樓之上有三座望亭，關口不在城臺正中開設，而在東側設門，沿陡坡筑成臺階進出，獨特的關門建筑為他處長城所罕見。發掘于渤海所村內舊城總兵衙門院內的“紀功題名”碑上落款“大明隆慶陸年歲次壬申秋旦立”。此碑證明慕田峪長城是明代長城。“紀功題名”碑現立于在景區燕京書畫社前。

慕田峪長城作為明萬里長城中的一處重要關口。隨著明代北京地位的上升以及北方軍事形勢的變化，慕田峪長城的隸屬關系也有著很大的變化。

從長城防御指揮體系上看，慕田峪長城段，明代前期，歸薊鎮管轄。明代中期之后，增設昌鎮，以加強對京畿長城的管理和指揮，并把慕田峪段長城劃歸昌鎮管轄。又從南方將著名將領戚繼光調來統轄薊州、昌平、遼東、保定四鎮。戚繼光建立了一整套指揮和管理體系，強化和完善了長城的防御功能。在慕田峪長城地段，設立了渤海守御千戶所、慕田峪城和慕田峪堡（關）。守御千戶所屬長城指揮管理系統的第三等級，關城則屬第四等級。在如此短的距離，衛所和城堡密集，足以說明這里地位重要。

明代中期，由于北方游牧民族對北京的威脅日益嚴重，為了加強防御，在“薊鎮”總督譚倫和總兵戚繼光主持下，對京北和京東的長城進行加固，大量使用城磚包筑舊有邊墻，將城墻增高加厚。

此外，戚繼光還上書請筑，在慕田峪關建空心敵臺22座，樓房44間，官廳房3間，鋪房149間，進一步強化和完善了長城的防御功能。這段時期是慕田峪長城修建史上的重要階段，開始在長城上建筑儲育糧草、武器和可供戍守長城的士兵居住的敵樓，“兩臺相應，左右相救”，使長城的建筑構造得到了最后的完善。

明代在重修慕田峪長城時，在墻頂的兩側都加修了垛口，還同時新設置了滾木石雷石孔，可攻可守。而修筑“刀把樓”，可控制制高點，減少對主城的威脅。慕田峪長城從正關臺左側起，隨山勢翻轉，奔向遠方。

在明代整修過程中，慕田峪長城段以施工精細，構筑造型獨特而著稱。如今慕田峪長城風景區內的“正關臺”、“大角樓”、“禿尾巴邊”、“牛犄角邊”、“單邊”、“九眼樓”、“夾板樓”等都是我國長城軍事防御工程中最富有特點的構筑物。這些獨特的建筑造型融合于險要的自然地形之中，不僅具有很高的歷史價值、工程科學價值，而且具有突出的審美價值和觀賞價值。

據統計，明初“洪武”年間至“萬歷”年間，曾先后修筑慕田峪長城18次之多。慕田峪長城具有直接保衛皇陵安危的軍事要沖作用，是軍事地位險要的名關要塞，成為明長城中建筑最為堅固，最為雄偉的段落。

從現存的明長城遺址上看，由山海關奔騰而來的萬里長城，蜿蜒游臥在京畿北部燕山山脈南麓的軍都山上，構成了一道從東到西呈半環狀的軍事屏障。慕田峪長城及關城恰處于“薊鎮”長城古北口至居庸關之間，關口相臨，危嶺崢嶸。長城“用險制塞”的建筑特點，使長城建筑與地貌景觀互為映襯，相得益彰，使雄者益雄，險者益險。慕田峪長城城墻高峙，敵樓林立，烽火臺相望，森嚴壁壘、固若金湯，是明長城精華地段最具有典型意義和代表性的一段。

從長城空間分布格局上看，明王朝為了加強完善京畿防務，依托太行山山脈、燕山山脈以及黃河等天然屏障，加固、重建了內長城和外長城，形成了內、外長城相互支撐、縱深統一的防御體系。聯結明代內、外長城的樞紐段和分支點就位于慕田峪長城段。

清順治元年（1644年），清廷沿用明制，在懷柔境內的慕田峪關、石塘路等19個關隘均設有重兵戍守。清代定都北京后，仍視慕田峪關為京師屏障，設防城使、把總，統領重兵駐守各軍事要地和關隘。