Położony w głębi miasta zamek posiadał odrębne umocnienia – kamienne mury i otaczający je ziemny wał z bastionami, jednak w porównaniu z fortyfikacjami miejskimi, zamek miał mniejsze znaczenie obronne i przede wszystkim miał być centrum administracyjnym i reprezentacyjnym. Do obrony Bychowa w razie potrzeby Sapiehowie zaciągali oddziały zaciężne do 1000 ludzi, utrzymywane z reguły z ich prywatnego skarbu, a w miejscowym arsenale zgromadzono silną artylerię. Dzięki temu powstała, obok Słucka i Lachowicz, jedna z najsilniejszych twierdz w północno-wschodniej części Rzeczypospolitej Obojga Narodów.
Oblężenie w 1648 roku W 1648 roku twierdza w Bychowie odparła oblężenie Kozaków pod dowództwem F. Harkuszy.
Oblężenie w 1654 roku mały|240 px|Bychów w połowie XVII wieku Podczas kampanii letniej wojny polsko-rosyjskiej Bychów znalazł się w 1654 roku w pasie działań liczącego około 20 tys. żołnierzy korpusu kozackiego dowodzonego przez pułkownika Iwana Zołotareńkę. Po zajęciu Nowego Bychowa, 8 września 1654 roku Kozacy rozpoczęli oblężenie Bychowa, który miał stać się głównym ośrodkiem opanowanych przez nich obszarów. Załogę twierdzy stanowiło: 2000 mieszczan, 600 żołnierzy zaciężnych, 200 hajduków, 100 dragonów, 300 szlachty i około 1000 Żydów, artyleria składała się z 4 dział ciężkich i 26 polowych.