Na początku lat 80-tych XIX wieku zaprojektowano fortyfikacje dla Zegrza. Miały tu powstać dwa ceglane forty zbliżone do standardowego projektu Bujnickiego z 1879 roku. Jednakże ze względów finansowych nie rozpoczęto żadnych prac budowlanych. W tym czasie Rosja wydawała ogromne sumy na budowanie umocnień Warszawy, Dęblina i Brześcia. Zabrakło więc pieniędzy nawet na stosunkowo małe fortyfikacje Zegrza.

Do kolejnych prac nad umacnianiem przedmościa Zegrze przystąpiono dopiero po dziesięciu latach. W 1892 roku opracowany został nowy projekt twierdzy. Na prawym, wysokim brzegu Narwi, w jej załamaniu, postanowiono wybudować dwa żelbetonowe forty. W ramach budowy twierdzy miał także powstać kompleks koszar oraz most przez Narew.

Realizację projektów twierdzy rozpoczęto w 1893 roku. Najpierw powstał zachodni fort tzw. Umocnienie Duże a następnie wschodni tzw. Umocnienie Małe. Później wybudowano także dwa kompleksy koszar: jeden wewnątrz twierdzy oraz drugi na lewym brzegu w miejscowości Zagroby (obecnie Zegrze Południowe).

Oba forty zostały połączone zostały wałem z suchym rowem fortecznym. Na wale znajdowały się stanowiska strzeleckie dla piechoty oraz pojedyncza mała bateria dla kilku dział. Wzdłuż wału biegła droga forteczna i linia kolejki wąskotorowej.

W 1895 roku zakończono zasadnicze prace przy budowie twierdzy. W ciągu dwóch kolejnych lat zakończono ostatecznie budowę Twierdzy Zegrze. W tym samym roku oddano do użytku linię kolejową Jabłonna (później Legionowo) - Zegrze oraz dwa mosty przez Narew. Wschodni most, przeznaczony do ruchu drogowego Traktem Kowieńskim, miał konstrukcję żelazną. Do 2003 roku w jego miejscu stał żelazny most z czterema łukowymi przęsłami. Natomiast drugim mostem, prowadzącym do umocnienia dużego, wiodła linia kolejki wąskotorowej (oprócz normalnego ruchu wojskowego). żelbetonowa przeprawa posiadała wieżyczki strażnicze. Aktualnie most ten nie istnieje. Podczas budowy Zalewu Zegrzyńskiego podpory starej przeprawy zostały wysadzone i zatopione tak, że z jeziora wyłaniają się tylko wieżyczki wartownicze. Linia kolejowa początkowo służyła tylko wojsku m.in. jako teren szkoleniowy dla wojsk kolejowych z pobliskiej Jabłonny. Rosjanie mieli także w planach poprowadzenie torów dalej do Pułtuska i Ostrołęki. Ze względów finansowych (jak zwykle) nie udało się im jednak tego zrealizować. Pokutowało to na linii do Zegrza przez wiele lat. Już za czasów carskich została udostępniona ruchowi cywilnemu ale ciągle była nierentowna. Dzisiaj do Zegrza nie jeżdżą już pociągi - kilka lat temu zlikwidowano linię pasażerską.

Równocześnie z umocnieniami wybudowano dwa kompleksy koszarowe: jeden w Zagrobach (dzisiaj Zegrze Południowe) oraz drugi na wewnątrz twierdzy głównie w jej wschodniej części. Koszary w twierdzy to około stu drewnianych i ceglanych budynków przeznaczonych dla batalionu artylerii fortecznej. Na brzegu rzeki wybudowano prochownię oraz zbiornik na spirytus. Dawny kościół katolicki został przebudowany na cerkiew. Pałac Radziwiłłów zaadoptowano na letnią rezydencje dowódcy Warszawskiego Rejonu Fortecznego. Powstał także najbardziej reprezentacyjny obiekt - klub garnizonowy. Koszary w Zagrobach bezpośrednio sąsiadowały ze stacją kolejową.

Już podczas budowy umocnień w Zegrzu przystąpiono do realizacji linii fortów łączących twierdzę z Warszawą. W latach 1892-93 powstały dwa bliźniacze forty w Wawrze i Kawęczynie jako część Twierdzy Warszawa. Natomiast dopiero w 1901 roku przystąpiono do prac budowlanych przy fortach w Dębem i Beniaminowie, które to obiekty zaliczono do Twierdzy Zegrze. Pozostałe dwa forty w Pustelnikach i Maciołkach nie doczekały się realizacji ze względów finansowych. Wszystkie te prace były prowadzone w związku z powołaniem do życia Warszawskiego Rejonu Fortecznego. Trójkąt twierdz: Warszawa, Modlin, Zegrze miał być zamknięty od wschodu właśnie tą linią fortów.

Około roku 1907 Twierdza Zegrze doczekała się modernizacji. Powstało kilka schronów dla dział przeciwszturmowych na wałach fortów oraz dwie prochownie. Kompleksy koszarowe zostały wzbogacone o kilka nowych budynków. Dzisiaj prochownie, leżące nad samym brzegiem Zalewu Zegrzyńskiego, służą jako zaplecze dla stanic żeglarskich oraz dla WKS Zegrze.

W 1909 roku nowy Minister Wojny, gen. Suchomlinow, postanowił zreorganizować armię a także zasady obrony Rosji. W związku z potrzebą ogromnych nakładów finansowych (których Rosja nie posiadała) na modernizację twierdz, postanowiono zlikwidować znaczą część fortyfikacji w Królestwie Polskim. Do kasacji przeznaczono umocnienia w Łomży, Różanie, Zegrzu, Warszawie i Dęblinie. Natomiast pozostałe twierdze miały być zmodernizowane (Kowno, Grodno, Brześć, Osowiec i Modlin). Postanowiono także zlikwidować oddziały piechoty fortecznej. W 1913 roku zdołano zniszczyć znaczną część warszawskich fortów. Los ten jednak nie dotknął Zegrza. Poprzestano jedynie na opracowaniu planów wysadzenia fortyfikacji a na fizyczną likwidację fortów zabrakło już pieniędzy.

W czasie I wojny światowej Zegrze zostało prowizorycznie przystosowane do obrony. 6 sierpnia 1915 roku wojska niemieckie ostrzelały Umodnienie Duże. W nocy rosyjska załoga twierdzy opuściła stanowiska. Odchodząc Rosjanie wysadzili najważniejszą cześć twierdzy - dwa mosty na Narwi.

W okresie międzywojennym w zegrzyńskiej twierdzy stacjonowało polskie wojsko. Już w 1919 roku rozpoczęto tworzenie tutaj Obozu Wyszkolenia Oficerów Wojsk łączności. 10 lat później przemianowano je na Centrum Wyszkolenia łączności.

Po II wojnie Zegrze ciągle pozostało wojskowym miasteczkiem. Od 1950 roku funkcjonowała tu Oficerska Szkoła łączności. W 1967 roku stała się uczelnią wyższą (Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk łączności) i działała przez kolejnych 30 lat. W międzyczasie powstał tutaj także Wojskowy Instytut łączności mający wiele osiągnięć naukowych w telekomunikacji. Obecnie w Zegrzu szkoleni są żołnierze w Centrum Szkolenia łączności i Informatyki. Wojsko w 2002 roku opuściło Umocnienie Duże, Umocnienie Małe leży w gestii wojska ale można na nie bez problemu się dostać. Koszary są częściowo wykorzystywane na cele mieszkaniowe dla osób cywilnych.