W latach 1846-1855 Cytadela Warszawska doczekała się pierwszej modernizacji. Istniejącą twierdzę otoczono pierścieniem pięciu fortów.

Zaplanowane forty miały za zadanie faktycznie wzmocnić możliwości obronne Cytadeli, gdyż były to pierwsze dzieła służące do obrony przed regularnym wojskiem a nie tylko powstańcami. Na początku powstały dwa forty postaci okrągłej baszty artyleryjskiej Montalemberta - w latach 1847-50 wybudowano fort Aleksieja (Traugutta), natomiast w latach 1849-51 fort Siergieja (Sokolnickiego). Nad Wisłą, od północnej strony Cytadeli, powstała Bateria Nadbrzeżna. W latach 1851-1852 na południe od Cytadeli zbudowano Fort Władimira (Legionów) z ziemnymi stanowiskami dla artylerii od strony rzeki. W 1854 roku na wprost Wrót Konstantynowskich powstała ziemna luneta Fort Pawła (Mierosławskiego), a w latach 1863-64 kolejna luneta Fort Gieorgija (Haukego) pomiędzy bastionem trzecim i czwartym. Wokół fortów Aleksieja i Siergieja wybudowano lunety ziemne. W trakcie prac modernizacyjnych wykonano także podziemne przejścia dla ludzi i pojazdów prowadzące do fortu Władimira oraz do fortu Gieorgija. Wyloty tych potern znajdowały się w fosie Cytadeli. W 1865 roku ukończono budowę koszarowych kazamat w podwalniach na 3 tys. żołnierzy. Kilkakrotnie modernizowany był także fort Śliwickiego. Do czasu wybudowania mostu przez Wisłę był on łączony z Cytadelą za pomocą mostu rozkładanego na łodziach (łyżwowego).

W latach 1866-1874 po raz ostatni zmodernizowano forty i samą Cytadelę. Doświadczenia wojenny innych krajów pokazały, że czas twierdzy z ciągłymi murami już przeminął. Nowoczesna technika fortyfikacyjna wskazywała na konieczność budowy dzieł wysuniętych przed starą linię obrony. Carskie władze zaprzestały dalszej rozbudowy samej Cytadeli i rozpoczęły czas twierdzy fortowej. Powstał plan wybudowania dwóch pierścieni fortów dookoła całego miasta, którego wdrożenie rozpoczęto dopiero w 1883 roku. Sama Cytadela, której wartość strategiczna w trakcie wojny byłą niska, stała się jedynie centralnym magazynem z koszarami.

W 1875 roku przy Cytadeli wybudowano linię kolejową Kolei Nadwiślańskiej. Wtedy to powstał na Wiśle dwupoziomowy most drogowo-kolejowy. Dolny poziom przeznaczono na drogę, a na górnym biegł jeden tor kolei. W 1908 roku wybudowano drugi most kolejowy, tym razem już dwutorowy. Oba mosty zostały wysadzone przez Rosjan w 1915 roku podczas opuszczania Warszawy. Współczesne mosty stoją dokładnie w tym samym miejscu. Przyczółki mostowe przeprawy kolejowej pochodzą jeszcze z czasów carskich, podobnie jak większość przejazdów pod torami kolei obwodowej.

Cytadela Aleksandrowska oparła się zębowi czasu. Od początku swojego istnienia była więzieniem politycznym i posiadała silny garnizon typowo policyjny. Na jej terenie były ulokowane główne komisje śledcze, sądy wojskowe oraz X Pawilon, czyli najbardziej znane więzienie polityczne. Dla celów więzienia wykorzystywano także kazamaty w podwalniach oraz kaponiery i pomieszczenia Bramy Konstantynowskiej. Pobliski fort Śliwickiego był miejscem załadunku wagonów, które były wysyłane na Syberię. Z Cytadeli na Syberię zesłano ponad 20 tys. osób, przy czym w samej Cytadeli przebywało nawet do 60 tys. więźniów.

Na terenie Cytadeli Warszawskiej zamordowano wielu polskich patriotów. Pomiędzy fortami Aleksieja i Władymira od 1846 roku wykonywano egzekucje, gdzie ustawiono szubienice a w fosie fortu chowano ciała. Obok fortu Władymira, 5 sierpnia 1864 roku stracono Romualda Traugutta i członków Rządu Narodowego. Od 1886 roku egzekucje wykonywano przy dzisiejszej Bramie Straceń (Wrota Iwanowskie) i ciała skazańców, tak jak poprzednio chowano w niedalekiej odległości. Władze carskie bardzo starał się aby miejsca pochówków były dobrze ukryte. Także w czasie I wojny światowej ponura tradycja tego miejsca była kontynuowana przez wojska niemieckie. Nadal ginęli tu Polacy walczący o wolność, ale także zwykli przestępcy.

Opracowano głównie na podstawie artykułu "Cytadela Warszawska - prawdy i fikcje" Wiesław Leszek Ząbek a także innych materiałów wyszczególnionych w bibliografii.