En 1759, les fortifications de la ville de Québec, élaborées depuis 1745 par Chaussegros de Léry, prennent la forme d'un triangle. Les deux premiers côtés, ceux de la rivière Saint-Charles et du fleuve, sont protégés par la falaise abrupte qui s'avère être une défense naturelle. Pour accroître son efficacité, on y a construit un parapet, coupé en deux endroits : par les côtes de la Montagne et du Palais. Le troisième côté, celui allant du Cap Diamant à la rivière Saint-Charles, est ouvert sur les Plaines. On y a construit un immense mur de 25 à 30 pieds de hauteur, avec six bastions – Joubert, de la Glacière, Saint-Louis, Saint-Ursule, Saint-Jean et de la Potasse. Enfin, derrière ces deux derniers bastions se trouvaient les redoutes Dauphine et du Bourreau. Deux portes permettaient le passage du mur : la porte Saint-Jean et la porte Saint-Louis82.
Selon Bougainville et Montcalm, la ville était très mal fortifiée et serait prise dès qu'attaquée. Ainsi, pour augmenter l'efficience de la défense de la ville, plusieurs ouvrages temporaires sont aménagés. C'est le cas pour la palissade construite pour fermer complètement la Haute-Ville sur le sommet de la falaise, ainsi que le réarmement de plusieurs batteries en haute et en basse-ville – Château, Clergé, hôpital, embrasures du rempart (face aux Plaines), de la Reine, Royale et Dauphine – en plus d'en construire de nouvelles au quai du Roi, à la pointe à Carcy, au chantier du Palais et sur les quais de plusieurs individus83.
Afin de mener à bien la défense de Québec, Montcalm étudie l'expérience de Phips en 1690 et recueille les avis de l'ingénieur Pontleroy et les réflexions de son aide de camp, Louis-Antoine de Bougainville. Il convient enfin d'établir un camp fortifié et de poster la majorité de ses troupes à Beauport, entre les rivières Saint-Charles et Montmorency. Une seconde ligne défensive est située le long de la rivière Saint-Charles, sur la rive est. La rive ouest de la rivière comprend aussi un ouvrage afin d'en bloquer l'accès. Enfin, Montcalm fait construire une autre batterie, celle de Samos, au-dessus de l'Anse-au-Foulon84.