Около столицата Търновград (днес Велико Търново) съществували няколко пояса от крепости. Някои от тези твърдини били по-малки – обикновено стражеви пунктове с малко гарнизон. Други обаче като Червен, Ловеч, Дръстър били внушителни градове със собствени замъци, здрави бастиони и стени, които можели да издържат продължителна обсада.

Но освен, че строяли своите градове и крепости, така че да удържат вражите нападения, българските владетели сами развивали обсадното дело и прибягвали до използването на бойни машини, за да щурмуват крепости на своите врагове. Тъй като пренасянето на бойните машини до определената за щурм твърдина изисквало време, ставало бавно и било много трудоемко като цяло обсадите – на големи и важни укрепени пунктове се планирали далеч във времето. Типичен пример е обсадата на Варна от цар Калоян. Хронистите споменават, че градът паднал само за три дни, след като българите вкарали в рова висока бойна машина наподобяваща кула, по която българските войници се качвали директно на стените. Но създаването на едно такова обсадно съоръжение изисква много време и нужната подготовка, работата на много инженери, майстори и ресурс – особено в епохата на средновековието. Което е още едно потвърждение на факта, че обсадата и превземането на Варна от цар Калоян са били добре обмислено и реализирано начинание.

Като правило при обсадната война основната цел било разрушаването на най-уязвимите части. Понякога атакуващите копаели тунели под стените в опит да ги сринат и да влязат вътре. Но обикновено повечето крепости били добре построени, а защитниците им опитни.

Поради което на атакуващите се налагало да използват различни обсадни машини, за да отслабят отбраната и да проникнат в твърдината.

При обсадите широко се използувал арбалетът. По своето устройство арбалетът не представлява нещо друго, освен старата римска „балиста" само че приспособена за ръчна стрелба. В българските средновековни източници арбалетите се споменават с два термина: „самострел" и „цагра". Фактът, че се срещат заедно подсеща, че с тях се назовавали двата типа арбалети. Самострелите били ръчните арбалети, докато механичните били назовавани „цагри". Стрелите се поставяли в специален улей на дървеното ложе — върховете им били от 2 до 4 пъти по-масивни от тези на обикновените стрели. Възможно било с арбалетите да се изстрелват и горящи стрели. По точността на своя удар и по пробивната си сила арбалетът далеч надминавал лъка. Неговите стрели притежавали голяма начална скорост и с пирамидалните си върхове можели да пробият даже ковани брони. С появата на механичните арбалети нараснала и тяхната далекобойност — тя достигала до 200 крачки. За разлика от лъка, с който за една минута стрелецът може да изстреля от 10 до 12 стрели, арбалетчикът изстрелвал само 1—2. Поради тази причина арбалетите били най-подходящи за позиционна война и станали незаменимо оръжие при обсадите. Точният им огън просто помитал защитниците от крепостните стени.

Отдалеч крепостните стени се обстрелвали с тъй наречените „каменомети", които били в състояние да изхвърлят големи камъни. Скалните късове били оглаждани предварително увеличавало разрушителната им сила. Понякога хронистите описват, че с помощта на такива машини били изхвърляни цели скали. Каменометките били страшно оръжие. Далекобойността им достигала до 1000—1500 крачки.

Често крепостните стени били щурмувани с помощта на подвижни бойни кули. Те се построявали на няколко етажа, а височината им зависела от стените на обсадената крепост. Сглобявали ги от дърво и железни част. Външните им стени се обвивали с прясно одрани кожи, които ги предпазвали от огън. Дървените кули били придвижвани с помощта на колела или на дървени греди. За целта било необходимо внимателно да се разчисти пътят до крепостните стени.

На най-горният си етаж подвижните кули били съоръжени с мостове, които подобно на хоботи се спускали върху крепостната стена — по тях бойците се прехвърляли върху стените на обсадения град.

Понякога в най-долния етаж на подвижните кули се разполагали тъй наречените тарани — те представлявали приспособления за разбиването на стените. Таранът се състоял от дълга и яка греда, която се задвижвала на принципа на махалото от стотици хора. За да увеличат разрушителната му сила на предния край на гредата се поставял железен накрайник с вид на овнешка глава — поради тази причина тези стенобитни машини се наричат и „овни". След пробиването на крепостната стена към желязната глава на овена се прикрепвали куки. С тяхна помощ раздърпвали размърдалите се каменни блокове и в стената се отварял проход, през който нападателите прониквали в крепостта.

През втората половина на XIV в. изворите споменават за употребата на огнестрелно оръжие по нашите земи. През 1366 г. флотата на Амедео Савойски обстрелвала Несебър с тъй наречените „бомбарди" (на старобългарски „тръбачи", вероятно от „тръби"). Бомбардите били разположени върху носовете на генуезките кораби, които щурмували крепостта откъм морето. Бомбардите по него време все още не притежавали голяма разрушителна сила. Разчитало се предимно на психологическия им ефект. Затова артилеристите се целели във вътрешността на града, а не по крепостните стени.

За щурмуването на крепостните стени се използували основно стълби — правели ги от брястово или ясеново дърво. Те били сравнително къси (до 4 м. височина), с оглед по-лесно да се пренасят до крепостните стени. Там ги снаждали една в друга, докато стълбата стигнела нужната височина, за да достигне зъберите. В горната си част тези стълби имали специални приспособление подобни на куки, чрез които се захващали здраво за ръба на крепостните стени. Веднъж изправени и натежали от покатерилите се върху тях войници, те трудно можели да се отблъснат.

Защитниците на обсадените крепости своевременно се подготвяли да посрещнат нападателите: попълвали продоволствените си запаси, пълнели цистерните с вода, така че да издържат продължителна обсада. Крепостните кули били укрепвани допълнително като ги надстроявали с дървени скелета, които се издигали на по няколко етажа. Обвивали ги със сурови кожи или пък със снопове от лозови пръчки, които ги предпазвали от огън и от изхвърляните камъни. Стремежът да се увеличава височината на кулите, бил продиктуван от намерението да се атакува по-удобно противникът, ако подвижните му кули се залепят за крепостните стени. По този начин от надстройките можело да се води преградна стрелба включително и от каменометки. Върху тези кули съоръжавали специални площадки, които се издавали извън стените подобно на платформи. От тях спускали върху нападателите камъни закачени на вериги или пък вързани с въжета. След това специални подемни машини ги издигали нагоре готови да ги стоварят повторно върху главите на атакуващите.

Обсадите обикновено били тежки и да се превземе добре укрепен град коствало на атакуващите много загуби, както в жива сила така и материални. Често се случвало защитниците на крепостта да излизат по тайните проходи навън от нея да нападат нощем лагерите на нападателите и да унищожават направените с толкова труд и ресурси обсадни машини. В същото време една добре обучена армия притежаваща най-новите и модерни за своето време бойни машини можела успешно да покори всеки град по пътя си.

Разбира се бойните машини – особено каменометките и балистите се използвали еднакво ефективно не само от нападателите, но и от бранителите. В много от големите крепости и замъци се разполагали бойни машини, които стреляли над стените или от върховете на кулите срещу атакуващата армия като унищожавали техните войници и бойна техника. Например при разкопки в замъка Червен е открита каменна бойна топка, която се е изстрелвала с каменометка срещу дръзналите да атакуват твърдината.

За епохата на Второто българско царство, България разполагала не само с добре обучени и храбри воини, които печелели битките и, но и с най-високите достижения и техника в областта на обсадата и военното дело.