В современном виде площадь, некогда занятая древним городом, представляет собой распаханное поле (в виде неправильного четырехугольника), обнесенное валами. Город был расположен па высоком крутом берегу Оки, что делало его почти неприступным со стороны реки. С напольной стороны в Оку текли две небольшие речки — Черная и Серебрянка, водами которых заполнялись рвы, окружавшие город.

Оборонительные сооружения Старой Рязани в виде огромных валов высятся и сейчас, представляя один из редких по мощности и сохранности памятников эпохи. Город был красиво расположен над рекой и господствовал над окружающей местностью. С возвышенного берега обозревался большой участок Оки до устья судоходной в древности реки Прони. Связь оборонительных сооружений с ландшафтом была так органична, что даже сейчас, когда, кроме валов на поверхности земли, не осталось никаких архитектурных памятников, совершенно ясны преимущества избранной древними строителями территории для основания города.

Благоприятные для обороны города природные условия дополнялись мощными валами. Валы чаще всего являются единственными сохранившимися памятниками архитектуры того или иного древнерусского города. Их раскопки дают, в частности, интереснейшие материалы для истории древнерусских деревянных укреплений.

Северный участок городища отделен от остальной его площади валом и рвом; этот вал, в отличие от внешних валов, опоясывающих территорию городища с южной и восточной стороны, мы будем называть внутренним. Северный участок и ограждающие его вал и ров составляли древнейшую часть города. Именно здесь находился мордовский поселок, потом древнейшее славянское поселение. В течение всей истории города этот участок был наиболее густо населенным; здесь находилось большинство ремесленных мастерских. Постепенно, по мере роста населения города, его территория расширялась в южном направлении; для защиты этой территории и были сооружены внешние валы, тянущиеся сейчас на протяжении около 1500 м. Раньше валы были значительно длиннее и шли по обрыву над рекой.

Старорязанские валы представляли собой мощное сооружение, являвшееся надежной защитой от врага. В настоящее время они сильно оплыли, и поэтому их размеры значительно меньше древних. Высота валов теперь равна 9 м, ширина у основания 23—24 м, ширина по вершине 3 м. Глубина рва достигает 8 м, ширина в верхней части 20 м и по донной части 7 м. В южной стороне валы имеют значительно меньшие размеры. В восточной стороне в настоящее время имеется три разрыва, называемые: Старыми Пронскими, Новыми Пронскими и Исадскими воротами. Двое последних прорыты сравнительно недавно.

Внутренний вал, исследованный в 1950 г., насыпан из чистой желтой глины, без примеси земли; каких-либо деревянных конструкций внутри насыпи или на ней не обнаруживается. Прослеживается лишь слой позднейшей подсыпки, сделанной для повышения насыпи. Внутренний вал, сооруженный в X в., возобновлялся в XI—XII вв. В XIII в. часть вала оплыла и перекрыла близко примыкавшие к нему разрушенные жилища.

Раскопки на отдельных участках внешнего пала, произведенные экспедицией Института истории материальной культуры в 1945 г. у Новых Пронских ворот и в южной части городища и в 1950 г. у Исадских ворот, дали возможность реконструировать систему оборонительных сооружений Старой Рязани.

Древняя вершина вала проходила на высоте 7,5 м. В насыпи и над ней находилась деревянная (из дуба) стена, состоящая из отдельных срубов, засыпанных внутри землей. Длина каждого из таких срубов колебалась от 1 до 3 м, ширина (толщина) стены равнялась 2,20 м. Перевязка бревен производилась в обло (с остатком). Высота сохранившейся в насыпи вала части стены равна 1,2 м. По-видимому, над насыпью она возвышалась не менее чем на 2 м, а по верху стены шел накат из бревен, служивший для передвижения. С внешней стороны деревянная стена до половины высоты засыпалась землей, причем в насыпь вала вбивались колья тына. Второй ряд кольев, вбитый в землю, заполнявшую деревянные срубы, служил бруствером. Внизу колья заострялись; в них делались зарубки (пазы), в которые вставлялись поперечные бревна для скрепления кольев тына между собой. В верхней части тына находились бойницы.

На отдельных участках (например, у Новых Пронских ворот) тын был «косой» — наклонный к насыпи, а не вертикальный. С внутренней стороны вала деревянные сооружения были обнажены до фундамента. Чтобы облегчить подъем на вал с внутренней стороны, в его насыпи вырезались ступени. Откосы вала и рва укреплялись настилом из бревен. Валы сооружались из глины, которая добывалась здесь же из рва. Недостающее количество глины, очевидно, бралось внутри городища. Деревянные конструкции обеспечивали большую прочность насыпи вала, делали его более крутым и завершали отвесной стеной.

Деревянные укрепления шли по всем валам Рязани непрерывной линией. Таким образом, укрепления Рязани представляли собой глиняно-деревянную систему, имевшую широкое распространение в славянских землях.

В результате раскопок вала у Исадских ворот (1950 г.) подтвердились данные о конструкции деревянных сооружений, полученные во время предыдущих раскопок на других участках вала. В летописях не отмечена дата постройки укреплений, но наличие на территории, окруженной валами больших храмов, сооружение которых относится к концу XI – началу XII вв., а также многочисленного населения к моменту татарского нашествия, заставляет предположить, что основная масса валов сооружена не позже XII в.

В раскопках насыпи четко прослеживаются пять слоев, свидетельствующих о пяти строительных периодах. Древнейший внешний вал лежит на культурном слое XI в, что подтверждается сооружением вала в самом начале XII в. Первое укрепление представляло собой невысокую (около 1,5 м) насыпь, перед которой лежали довольно широкая берма и ров глубиной в 3 м. По вершине вала шел тын из толстых и высоких бревен. Под насыпью прослеживается тонкая прослойка золы, образовавшаяся, вероятно, перед постройкой в результате выжигания травы и деревьев по линии будущего вала. Очевидно, еще в первой половине XII в. было произведено повышение насыпи, в связи с чем древний тын и ров оказались засыпанными. На вершине вала были помещены новые деревянные конструкции.

В течение XII в. оборонительные сооружения Старой Рязани ремонтировались дважды, и, наконец, насыпь вала была намного увеличена; на ее вершине были поставлены те городни и тын, которые обнаружены раскопками. Эти деревянные укрепления погибли в декабре 1237 г. при взятии Рязани Батыем. Следы пожара, уничтожившего укрепления, ясно обнаруживаются при раскопках в виде обгоревших балок, скопления угля и золы, красной от воздействия огня на глину, и т.п. После пожара деревянные укрепления не восстанавливались.

Топография города, история его постепенного развития, заселения и укрепления в значительной степени известны благодаря систематическим археологическим раскопкам, организованным в наше советское время. Советская методика археологических раскопок большими площадями дала возможность успешного решения многих сложных проблем истории древнерусских городов.

Археологическое изучение Старой Рязани происходило сравнительно легче других древнерусских городов, так как вся площадь древнего города открыта для раскопок. Археологи могли избрать для раскопок любой участок, важный для решения того или иного вопроса, что невозможно в таких древних городах, как Киев или Новгород, где современная застройка и интенсивная городская жизнь не дают возможности свободно выбирать площадь для раскопок.