Ученые исходят из того, что местоположение укреплений должно было определяться топографической ситуацией. Среднюю часть новгородского кремля пересекал с запада на восток ручей, впадавший в реку Волхов. Остатки его в виде оврага существовали еще в XVII в. Исследованиями последнего времени выявлено, что в кремле имелся еще один ручей, проходивший с юго-запада от Златоустовской башни на северо-восток к владимирской башне. Его северный склон был обнаружен раскопками 1970 г. Г. М. Штендера и Б. Д. Ершевского у южной оконечности Никитского корпуса. Кроме того, раскопками М. X. Алешковского 1957 и 1959 гг. северо-западнее Владимирской башни был зафиксирован «естественный обрыв», т. е., вероятно, склон русла еще одного ручья. Таким образом, северная часть современного Кремля представляла собой дельту (образованную притоком Волхова с двумя рукавами), территория которой делилась на два участка с островным положением. Штендер предполагал, что самая первая крепость занимала срединную часть современного Детинца в секторе между Владимирской и Пречистенской башнями (т. е. центральный островок).

По мнению В. Л. Янина, древнейший Детинец находился в северо-западной части современного Кремля в районе Владычного двора (т. е. на северном островке). Того же мнения придерживается Э. А. Гордиенко, которая считает, что самым древним укреплением был Владычный двор. А, соответственно строительство Владимира Ярославича в 1044 г. было первым расширением укреплением и несомненно было связано со строительством огромного Софийского собора. Адо упомянуть, что высказывались и мнения о том, что первоначальный детинец был расположен в южной части кремля (в частности эту точку зрения высказывал С. Н. Орлов)

Раскопки земляного вала, проведенные М. X. Алешковским в 1957, 1959 и 1960 гг. под восточной частью Владимирской башни и западнее нее, с обеих сторон крепостной стены выявили интереснейшую внутривальную деревянную конструкцию. Это система городней — срубов из дубовых бревен, рубленных «в обло с остатком». Чашки врубок сделаны в нижних бревнах, что характерно для древних построек до XVI в. Городни делятся стенками на узкие клети и не соединяются друг с друг, а стоят рядом. Клети плотно засыпаны землей. Подобные городни обнаружены раскопками 1985 г. Г. М. Штендера и М. А. Вороновой юго-восточнее Лихудова корпуса. Кроме того, у Владимирской башни выявлено, что городни с наружной стороны укреплены вбитыми в землю кольями, а внешние (лицевые) стенки срубов состоят из необычайно толстых бревен диаметром 60—80 см. Они тщательно протесаны на 16—18 граней и укреплены с помощью также старательно обтесанных крюков — куриц (обработанных в виде крюка комлей с частью корня). Интересна система сопряжения куриц друг с другом: каждая нижняя курица одновременно держит вышележащую и врубленное бревно.

Крепость XI в. имела только двое ворот, к которым подходили главные магистрали Софийской стороны — Великая улица Неревского конца и Пробойная улица Людина конца. Первая шла к северным воротам, где позднее была проездная Федоровская башня, вторая—к южным воротам, которые находились, очевидно, в углу современных Митрополичьих покоев. Для оценки защитных свойств этой части Новгорода достаточно сказать, что в древности она возвышалась над долиной р. Волхов на 10 – 12 м, а над дном оврага на 5 – 6 м.

К северо-восточной части современного Кремля, не входившей в самый древний Детинец, относился термин «кром» или «окром», встречаемый в летописных текстах. Рассказывая о походе Всеслава на Новгород в 1065 г., летопись Авраамки сообщает, что Новгород «пожже до окрома Неревского». Вероятнее всего, этот северо-восточный сектор был присоединен при увеличении Детинца в середине XI в., а название его по традиции сохранялось еще долгое время. Что же касается южной части современного Кремля, то в древности ее называли Околотком. Здесь еще в X—XI вв. существовали жилые усадьбы Людина конца. Следует отметить, что и позднее, когда Кремль был увеличен до современных размеров, в летописях XIV—XV вв. встречается обозначение этой части Детинца как Околотка.

Новый этап строительства крепости — ее расширение — относится к началу XII в. Это происходит при князе Мстиславе, сыне Владимира Мономаха, о чем сообщает Новгородская первая летопись под 1116 г.: «В то же лето Мстислав заложи Новгород болии перваго». Незадолго до этой даты, под 1097 г., имеется летописное сведение о том, что «погоре детинец город» — это, вероятно, ускорило строительство новой крепости.

По мнению большинства ученых в 1116 г. Детинец был увеличен в южную сторону и достиг размеров современного Кремля. Археологическими раскопками М. X. Алешковского 1956-1957 гг. и А. Н. Кирпичникова 1979 г. выявлено, что строение вала южной части Детинца отличается от вала XI в., обнаруженного в северной части. Основу его составляют не городни, а дерево-земляной массив с поперечными и продольными бревнами, не скрепленными друг с другом. Верхний слой вала состоит из глины. Он прослоен поперечными тонкими лежнями. Большинство бревен — вторичного использования, о чем свидетельствуют различные врубки. Скорее всего, это бревна от жилых и хозяйственных построек, находившихся здесь до сооружения вала.

Другого мнения относительно датировки вала южной части Детинца придерживаются Н. К. Стеценко и С. В. Трояновский, после раскопок поперек вала на месте обрушения стены, между Спасской и Княжой башнями, в 1992 — 1993 гг. Здесь впервые появилась возможность полностью прорезать земляной вал. В результате исследования был сделан вывод — весь кремлевский вал в этом месте (и земляное, армированное деревом ядро, и глиняные слои над ним) относится к одному строительному периоду с каменными стенами, т. е. к XV в. Слова же летописи о том, что «Мстислав заложи Новгород болии перваго» С. В. Трояновский толкует в том смысле, что были увеличены параметры (ширина и высота) существующего фортификационного сооружения, а площадь Детинца осталась прежней. Однако это мнение пока еще считается спорным и недостаточно обоснованным. Окончательно решить эту проблему позволят только будущие археологические раскопки с привлечением новых методов исследования.

Деревянный Детинец XI—XII вв. был для своего времени надежной крепостью. За весь период его существования только один раз он был захвачен врагом — полоцким князем Всеславом Брячиславичем в 1065 г. Деревянные крепостные стены, стоящие на валу, не раз горели и вновь восстанавливались. На протяжении XII — XIII вв. в летописях нет сведений, имеющих отношение к истории строительства Детинца, кроме сообщения под 1262 г., где говорится: «срубиша новгородцы город Нов, а с Литвою мир взяша», т. е. стены в это время были отстроены заново.