Während der arbeitsfreudigen Regierungszeit des außergewöhnlich befähigten Fürstbischofs Wilhelm von Reichenau entstand im Eichstätter Hochstift förmlich ein System von Befestigungsanlagen. In diesen Befestigungsplan wurde auch die Stadt Ornbau im oberen Hochstift einbezogen. Bischof Wilhelm von Reichenau erkannte das Bedürfnis der Zeit, die Grenzstädte des Hochstifts stärker zu schützen. Er merkte, dass die Burggrafen von Nürnberg mit lüsternen Augen auf die bischöflichen Besitzungen im Eichstätter Oberlande schauten. Diesem Vorhaben kam er in weiser Voraussicht zuvor, indem er die Stadt Ornbau befestigte und zu einer Garnisonstadt ausbaute. Er fand dabei einen Verteidigungsring, der 200 Jahre vor ihm begonnen worden war.
Die erste Befestigungsanlage von Ornbau wurde um 1286 angelegt. Sie hatte die Form eines Halbkreises (im Gegensatz zu den meisten mittelalterlichen Städten mit Vollkreisform), dessen Durchmesser die Siedlung nach Süden gegen die Altmühl zu abschloss. Die Grafen Ludwig und Konrad von Öttingen befestigten als Grundherren die Siedlung Arenbur. Auf dem Grund und Boden der Eichstätter Kirche verbauten sie freie Plätze und öffentliche Straßen. Bischof Reimboto beschwerte sich daraufhin am 09.08.1286 beim neuen Reichskanzler, dem Erzbischof Heinrich von Mainz, dass die Amtleute der Grafen von Öttingen widerrechtlich einen Festungsbau (ein Castrum) aufführten. Heinrich möge beim Kaiser Rudolf I. von Habsburg (1273 bis 1291) dahingehend einwirken, dass er vor allem durch den Amtmann von Wizenburc (Weißenburg) den rechtswidrigen Bau einstellen lasse und später selbst eine Entscheidung treffe (HR. Nr. 1005). Drei Jahre später, (am 17. März 1289) fällte Kaiser Rudolf I. von Habsburg diesen Rechtsspruch in Rothenburg. Bis zum nächsten Walburgistag (1. Mai 1289) sollten die Besitzrechte des Bischofs von Eichstätt wieder hergestellt werden.
Ludwig der Jüngere von Öttingen hatte mit den Seinigen alle Gebäude, Tore, Zäune, Wehre (die Bergfried genannt werden) und Vorwerke (die in der Urkunde als ,,Erggen (Erker) bezeichnet sind und beim Zaun oder jenseits des Grabens lagen) zu entfernen. Die Form der ersten Verteidigungsanlage war jener Zeit entsprechend sehr primitiv. Vor 1300 führte ein breiter Wassergraben, der von der Altmühl gespeist wurde, um den Marktflecken. Die aufgeworfene Erde des Grabens bildete den in der Urkunde erwähnten Bergfried. Es war der Wall, der heute im westlichen Teil „Saubuck“ heißt und in jener Zeit entstanden ist. Zur Stadtseite zu war der Wallgraben bereits durch eine dicke, niedrige Ringmauer abgegrenzt. Die Wehre und Erggen waren kleine Vorbauten, die als Vorläufer der Basteien anzusehen sind. Wall und Graben mit der ersten Ringmauer gaben dem Ort zunächst hinreichend Schutz, bis die Bischöfe von Eichstätt nach 1317 die zweite Befestigungsanlage bauten. Mit der Übernahme hatten sie dem Markt Ornbau (am 09. August 1317) das Recht zugesprochen, den Ort zu befestigen.
Bischof Philipp hatte durch die Machtkämpfe mit den Grafen die Bedeutung einer befestigten Stadt erkannt und dürfte, da ihm das obere Hochstift im Altmühltal mit den Städten Ornbau und Herrieden große Sorge bereitete, den Bau der Befestigung von Ornbau mit Nachdruck gefördert haben, Wall und Graben wurden vergrößert die Ringmauer erhöht.
Einige Jahrzehnte später verstärkte Bischof Raben Truchseß von Willburgstetten (1365-1383) die Mauern und Wälle von Ornbau und legte die Burghut in sichere Hände.
Was wir heute an Mauern und Türmen und Bateien der Stadt Ornbau sehen, stammt von der dritten Befestigungsanlage aus der Zeit des Fürstbischofs Wilhelm von Reichenau (1464-961). Er zählte zu jenen Bischöfen, die das Bistum Eichstätt nach innen und außen festigten. Vor allem den Grenzgebieten im oberen Hochstift schenkte er sein Augenmerk, indem er sie vor feindlichen Übergriffen durch hohe Mauern und massive Basteien schützte. An vielen Basteien und Toren finden wir sein Wappen.
Das Wappen an der Innenmauer des Oberen Stadttores zeigt neben den Bischofsstäben die Jahreszahl 1477, ein Eckstein an einer der Basteien die Jahreszahl 1477. Sein Wappen am Diebsturm ist jedoch ohne Jahreszahl. Die Initialen W für Wilhelm und B für Bischof. Demnach dürfte der Hauptteil der dritten Befestigungsanlage zwischen 1470 und 1490 entstanden sein.