Засеки охраняли засечные головы и сторожа, в подчинение которым выделялись небольшие отряды служилых людей (городовых детей боярских, стрельцов и казаков) и местное население, собиравшееся на защиту укреплений со своим оружием по подворному раскладу. Так, в 1637 г. вместе с засечным головой Яковом Ивановичем Якушкиным на рязанской Красносельской засеке у Волчьих ворот было велено быть «Резанского уезду с сел и с деревень подымовным людем, с пищалми и со всякими бои: которые села и деревни около Красноселской засеки по пятинадцати верст и менши, с тех сел и с деревень с трех дворов по человеку; а которые села и деревни от засеки по двадцати пяти верст, с тех сел и с деревень с пяти дворов по человеку». С конца 1630-х годов к охране засек стали привлекаться солдаты и драгуны. В 1639 г. на Черте находилось несколько подразделений из полка А. Крафтера: по солдатской роте под началом капитанов стояло на тульских Столпицкой и Слободецкой засеках, по полуроте — на Дубенской и Кцынской засеках. Иногда для службы на засеках направляли московских пушкарей, в подчинении которых находились артиллеристы из других городов. В том же 1639 г. в Тулу было прислано 11 московских пушкарей, на Завитай и Щегловскую засеку — 16 их товарищей. К Потешским воротам отправился 1 артиллерист (Василий Чертенок), а в помощь ему прислали 2 «гремячинских пушкарей». Москвичу Юшке Гаврилову, состоявшему при «наряде» у Орловских ворот тульской Заупской засеки, помогали 3 крапивенских пушкаря. 2 артиллеристов из состава столичного гарнизона послали к Малиновым воротам, а еще 1 — в Дедилов.
Правительство придавало большое значение засечной службе, строго спрашивая за нарушения ее порядка даже с воевод. 17 мая 1629 г. назначенный на рязанскую Вожскую засеку засечный голова Изот Толстой и товарищ воеводы города Переяславля-Рязанского Иван Благово сообщили в Москву «о непослушании» воеводы князя Андрея Солнцева царскому указу. Он должен был организовать сбор с «Рязанского уезда с сел и деревень» подымных людей «с пищалями и со всяким боем» по определенной норме: «с деревень, которыя от Вожской засеки не дальше пятнадцати верст — с трех дворов по человеку, а дальше до двадцати пяти верст — по человеку с пяти дворов», но не выполнил данного распоряжения. Сообщение о проступке А. Солнцева вызвало быструю реакцию — спустя 8 дней после написания доноса, из Москвы в Переяславль-Рязанский воеводе направили грамоту, с сообщением о том, что, мешая И. Толстому организовать оборону на засеках, он «делает не гораздо». Ему пригрозили тяжким наказанием в том случае, если дело защиты пограничного рубежа пострадает. Засечной страже полагалось нести службу на Черте «безотступно», однако суровая необходимость часто вынуждала местные власти отступать от этого правила. В 1622 г. 22 засечных сторожа арзамасской Пузской засеки жаловались в Москву, что, несмотря на царский указ не отъезжать от засеки, их постоянно посылают на отъезжие караулы и в проезжие станицы, а также на другие службы «в Орзамас и в уезды». Челобитную арзамасских засечных сторожей рассмотрел в Пушкарском приказе и Разряде, в результате чего их освободили от обременительной караульной и станичной службы.
О приближении татарской войны жителей пограничной полосы извещали высылавшиеся в степь станицы и сторожи, однако, учитывая возможность гибели или «оплошки» станичников и сторожей, на засечной Черте существовала своя дозорная служба. Наблюдательные пункты устраивались на близлежащих сторожевых курганах и на высоких деревьях. Непременным условием при расстановке караулов являлось наличие хорошего обзора окружающей местности: «чтобы видеть было с тех сторож в далние места». В опасное летнее время на этих постах находились сменные караульщики, в случае появлении неприятеля зажигавшие кузовы «с берестою и смолою», оповещая окрестное население и сторожевые отряды русской конницы «про приход воинских людей». По всей укрепленной линии помимо сигнальной действовала постоянная конная связь.
На открытых безлесных пространствах засеки дополнялись укреплениями — «надолобами», рвами и валами, ловушками, острогами, земляными башнями-бастионами.
По мнению С. Л. Марголина, преобладающее значение в системе военно-инженерного прикрытия русской границы имели лесные завалы. С этим утверждением не согласился А. В. Никитин, считавший, что главную роль в обороне страны играли укрепления на дорогах и в наиболее опасных местах, «лесные же завалы хотя и занимали большую часть пространства, но были только дополнительными укреплениями, созданными в местах проникновения татар через засеку». В данном случае исследователь противоречит собственному выводу о том, что в устройстве Черты именно лесные завалы занимали большую часть пространства. Учитывая высочайшую маневренность татарских войск это обстоятельство имело исключительно важное значение. Но доля истины в словах Никитина есть. Зная о засеках, татары старались прорываться на безлесных участках границы, которые следовало укреплять особенно надежно.
Наиболее уязвимым в этом отношении считался район, непосредственно примыкавший к Туле, где вообще не было лесов. Для прикрытия города и уезда со стороны «Поля» здесь была построена сплошная полоса укреплений, получившая название «Завитай». Она протянулась от Малиновой до Щегловской засек на расстояние более 10 верст. В фортификационном отношении «Завитай» представлял собой ров и насыпной вал, на котором устанавливались плетенные и набитые землей туры, позволяющие защитникам укрыться «от пищалные и от лучные стрелбы». Всего «по всему Завитаю по верху» было поставлено 1877 туров. Опорными пунктами обороны являлись земляные башни, где устанавливалась артиллерия. В 1638 г. на «Завитае» находилось 30 башен, в 1641 — 22 башни, остатки которых были изучены А. В. Никитиным. Он установивил, что упомянутые башни представляли собой земляные укрепления двух типов — капониров (16 малых башен) и бастионов (6 больших башен).
Эффективная сторожевая служба в сочетании со строительством засечных черт, выдвинувшихся от Оки на 600 км в «Поле», способствовали восстановлению Воронежа (1596 г.) и Курска (1597 г.), а также более надежной охране развивавшихся очагов пашенного земледелия в запустевших от татарских вторжений лесостепных районах. В действиях, направленных против небольших татарских отрядов, важная роль отводилась взаимодействию отрядов, размещенных в пограничных городах. Воеводы близлежащих крепостей должны были ссылаться между собой, выступая в поход против прорывающихся через границу крымцев и ногайцев. Так, в 1629 г. новым путивльским воеводам Богдану Михайловичу Нагому и Петру Никитичу Бунакову предписали держать в Курске, Рыльске, Севске и Брянске вестовые станицы «з головами детей боярских, человека по три и по четыре, и по пять в станицы». В случае опасности головы должны были «бежать» в свой город «наспех <…> днем и ночью, чтобы воинские люди наперед вестовщиков к Путивлю безвестно не пришли и дурна какова над городом и над острогом украдом и оманом и ночным временем не учинили и уезду не поворовали». Получив известие о начавшемся набеге, первый воевода Б. М. Нагой оставался в Путивле, а второй воевода П. Н. Бунаков выступал на врага и, «сшодчися северских городов с воеводами и з головами на воинских людей на походах и на станех, и на перевозах, и в крепких местах приходити и, прося у Бога милости и у Пречистые Богородицы помощи, государевым царевым и вселикого князя Михаила Федоровича всеа Русии делом над ними промышляти, сколко милосердый Бог помочи подаст».
В начале XVII в. система сплошных укреплений по южному рубежу (Большая и Передовая засечные черты) была разрушена татарскими и ногайскими войсками и перестала выполнять оборонительные функции. Слабость фортификационного прикрытия крымской и ногайской «украйн» стала особенно очевидной во время возобновившихся в начале 1630-х гг. татарских набегов.
В 1638 г. в ожидании нового татарского нападения, были спешно восстановлены Рязанские, Каширские, Веневская Веркушинская (Княжья), Тульские, Крапивенские, Одоевские, Лихвинские и Козельские засеки, входившие в систему Большой (Заоцкой) черты. В то же время на Шацкой, Ряжских, Перемышльских, Белевских, Корницкой (одна из 4 тульских) и Толкижской (одна из 4 лихвинских) засеках, находившихся на второстепенных направлениях, работы в этом году не велись.
Тогда же правительство, согласно специально разработанному плану, приступило к сооружению новых оборонительных линий, располагавшихся значительно южнее старых засечных «крепостей». В 1635–1653 гг. сооружается Белгородская черта, связавшая новые порубежные города Ахтырка, Белгород, Ольшанск, Воронеж, Оскол, Козлов, Тамбов, Карпов, Талицкий острог, Яблонов, Верхний и Нижний Ломов, Короча, Усть-Чернавск, Вольный, Хотмышск, Усерд, Острогожск, Нежегольск, Усмань и др. Она состояла из 5 больших земляных валов по 30–35 верст каждый (Карповско-Белгородский, Яблоновский, Новоскольский, Усманский, Козловский) и более 20 малых валов. Белгородская укрепленная линия протянулась почти на 800 верст от реки Ворсклы до реки Челновой. На новой Черте располагались войска прикрытия, сюда перевели часть засечных сторожей со старых укреплений. Об этом совершенно определенно упоминается в «Памяти окольничему князю Андрею Федоровичу Мосальскому-Литвинову и дьякам Степану Угоцкому и Саве Самсонову об отправлении огнестрельного снаряда в новопостроенный город Тамбов», датированной 21 февраля 1636 г. В документе сообщается о посылке на новую линию половины засечных сторожей «от Шацкия старыя засеки».
