В 60-х годах XIX века в Динабургской крепости продолжались строительные работы. Отмена крепостного права, реформы 60-70-х гг. и последующее развитие капитализма в России способствовали и бурному развитию Динабурга во второй половине XIX века. Строительство новых путей сообщения (особенно Риго-Динабургской и Петербурго-Варшавской железных дорог) заложило основы для создания промышленности и интенсивного развития торговли. Динабург формировался как крупный железнодорожный узел. Быстро росло количество промышленных предприятий, самыми крупными из которых были железнодорожные мастерские, кожевенные заводы, спичечная и пуговичные фабрики. Динабург стал также важным торговым центром северо-западной России. Значительно оживилась и культурная жизнь Динабурга, особенно после открытия в 1856 году частного драматического театра, создателем которого был Н.Гагельстром, служивший инженером в Динабургской крепости. Развивалась система образования, создавались новые учебные заведения, в том числе женская гимназия, ставшая впоследствии крупнейшей в Витебской губернии, что явилось заслугой городского головы П.Дубровина.
Экономическое развитие сказалось и на внешнем облике Динабурга. Город расширился и преобразился. Из тихого захолустья, окружавшего единственный цивилизованный островок – крепость, он превратился в оживленный железнодорожный узел, еще более повысивший стратегическое значение крепости.

В связи со строительством железнодорожной линии Петербург – Варшава была создана насыпь, закрывшая обзор местности со стороны города, что послужило причиной сооружения так называемой линии Варшавских укреплений, существенно усиливших обороноспособность крепости с восточной стороны. В то же время возведение моста через Даугаву привело к утрате оборонительного значения предмостных укреплений крепости.
Известный историк А.Сементовский в 1864 году писал: «В настоящее время Динабург не только занимает первое место между уездными городами своей губернии, но даже нисколько не уступает, по красоте зданий и торговле, Витебску. Не говоря уже о крепости, где все дома каменные в два и три этажа, так называемый Форштадт украшен многими прекрасными зданиями, в особенности по дамбе. На ярмарочной площади этой части города недавно сооружен великолепный каменный православный собор».

В 1863 году вспыхнуло очередное польское восстание. Для ведения более успешных действий поляками была предпринята тактика партизанской войны, в которой они вначале немало преуспели. Все попытки российского правительства склонить восставших к мирному исходу были тщетными, и Александр II в мае 1863 года дал указание приступить к военным действиям.
По плану динабургских повстанцев необходимо было овладеть Динабургской крепостью и укрепиться в ней. Однако непродуманность этого плана была очевидна: мощная крепость в Динабурге с ее многочисленным гарнизоном была неприступна для повстанцев, тем более, что в связи с обострившейся политической ситуацией была довооружена еще 258 орудиями. Таким образом, на вооружении крепости с этого времени находилось 539 орудий. Это было больше половины по сравнению со всей артиллерией русской армии 1812 года, когда Россия выставила против Наполеона 930 орудий.
11 апреля 1863 года из Динабургской крепости в город Дисну был отправлен транспорт с оружием (398 винтовок, 9 пистолетов и 22 тесака) в сопровождении охранной команды из 8-ми солдат. Вечером около местечка Креславка (Краслава) транспорт был атакован и отбит отрядом Леона Плятера, который, захватив часть оружия и уничтожив оставшееся, направился в местечко Вишки. Мятежников преследовала команда Гренадерской парковой артиллерийской бригады из Креславки, которая, следуя сведениям окрестных крестьян, в имении Скайсты обнаружила часть похищенного оружия. Она арестовала 5 человек, в том числе помещика Глушанина и его сына, которые были доставлены сначала в Креславку, а затем в Динабургскую крепость.
За причастность к ограблению транспорта с оружием были также арестованы 8 жителей Креславки, среди них – динабургские помещики братья графы Евгений и Михаил Плятеры.
Для преследования укрывшихся в лесу повстанцев были высланы дополнительные войска, которые с помощью окрестных крестьян захватили 28 человек во главе с графом Леоном Плятером и часть похищенного оружия. По воспоминаниям графа Броэль-Плятера, его брат Леон признался в своих деяниях, чтобы отвлечь внимание властей от товарищей и дать им возможность уйти.
Мятежные выступления поляков происходили во многих уездах Витебской губернии и жестоко подавлялись войсками.
21 апреля в Динабургской крепости была учреждена Следственная комиссия, представлявшая сведения на резолюцию Военного начальника Витебской губернии генерал-лейтенанта Длотовского, квартировавшего в крепости Динабург. Арестованные участники мятежа предавались военному суду, приговоры которого приводились в исполнение на месте.
24 апреля многие уезды Витебской губернии, в том числе Динабургской, были объявлены на военном положении, которое действовало еще и в 1864 году. Для безопасности в Динабург были направлены новые войсковые подразделения, а также артиллерия, в результате чего гарнизон быстро увеличился. Если в 1862 году численность Динабургского гарнизона составляла 5 871 человек, то к 1864 году она выросла до 9 905 человек.
При комендатуре крепости был учрежден военно-полевой суд, который приговорил Леона Плятера к расстрелу. Его имущество было конфисковано, а за убытки, причиненные действиями его отряда, была наложена контрибуция в двойном размере. Четыре повстанца из отряда Л.Плятера были приговорены к четырем годам каторжных работ, а два его брата посажены в тюрьму. Они отсидели 20 недель и были освобождены за отсутствием доказательств. Однако за ними был установлен надзор.
27 мая 1863 года в 11 часов утра граф Леон Плятер был расстрелян на песках за крепостью, недалеко от железной дороги Рига – Динабург. Здесь же его и похоронили. Однако ночью он был перезахоронен в неизвестном месте.
К сентябрю 1863 года многие отряды польских мятежников были разбиты.
В целом это восстание по своей продолжительности превосходило все предыдущие.

Медалью награждались все воинские чины от генерала до рядового солдата, отставные нижние чины и лица всех сословий, в том числе и крестьяне, а также медики, гражданские чиновники военного ведомства и священники, находившиеся при войсках, принимавшие участие в подавлении восстания.
В период с 60-х по 70-е годы осуществлялось строительство фортов и редутов в Динабургской крепости, а также велись работы по созданию дорог на крепостной эспланаде.

В 1870 году русское правительство перенесло главную линию обороны дальше на запад. Динабургская крепость была переведена в крепость второй линии обороны, а затем в крепость 2-го класса. В августе 1874 года в крепости был учрежден Виленский окружной артиллерийский склад с его управлением и мастерскими.
3 апреля 1878 года в Динабург прибыл император Александр II и после традиционного осмотра крепости посетил только что открытое здание нового вокзала станции Динабург – С-Петербургско-Варшавской железной дороги, при которой было пять императорских комнат для высочайших особ. Он остался очень доволен станцией, но заметил, что все-таки при посещении Динабурга будет останавливаться в императорской квартире в крепости.
Однако уже в апреле 1879 года путевой дворец в комендантском доме был упразднен.
К 1878 году крепость была полностью построена и стала одной из крупнейших крепостей на западной границе России.
В фортификационном отношении Динабургская крепость считалась одной из самых неприступных, отличалась глубиной замысла, оригинальностью решений и многими другими инженерными достоинствами. При ее строительстве использовались достижения русского военного искусства XIX столетия. В частности, применена система ближних и дальних фортов. Впервые в мире подобная фортовая крепость была построена Петром I в 1710 году и названа Кронштадтом.
В возведении фортов, капониров, бастионов, мостов, главного вала Динабургской крепости принимали участие известные русские военные инженеры Батурин, Снитко, Ставицкий, Брайн и многие другие. Их имена высечены на плитах, вмонтированных в стены укреплений.
Со стороны реки крепость защищалась водной преградой, форсирование которой было невозможно из-за наличия мощного предмостного укрепления.

Предмостное укрепление состояло из двух полубастионов, примыкавших к берегу Даугавы, и двух бастионов, выходивших в поле. Между ними располагались 3 люнета (открытых полевых укрепления). Взятию предмостного укрепления препятствовали сплошные болота, чистое простреливаемое предполье и рвы, заполняемые водой, которая в любое время года вытекала из болот.
Расположение огневых сооружений отвечало требованиям сквозного простреливания рвов. Практически отсутствовали «мертвые» (непростреливаемые) зоны. Помимо наплавного моста предмостное укрепление связывалось с основной частью крепости, как утверждают старожилы, подземным ходом, прорытым под Даугавой.
С западной стороны главная часть крепости защищалась тремя мощными бастионами, связанными между собой и крепостью системой валов и рвов.

Между бастионами и крепостью имелись подземные ходы сообщений. Эспланада в то время была открытая, а бастионы сооружались на естественных холмах, что увеличивало зону обстрела и позволяло избежать «мертвых» пространств как на подступах к бастионам, фортам, так и на подступах к самой крепости.
С северной стороны крепость ограждалась водной преградой озера и двумя внушительными фортами. Один из них находился на берегу озера, а другой – у истоков реки Шуницы. Связующим огневым звеном этих фортов являлись еще два укрепления, сооруженных в виде капониров. Предполье также было открытым и в то время строений не имело. Таким образом, и с этой стороны крепость была защищена не хуже, чем с двух других. Кроме того, со стороны города был построен мощный вал, который тянулся от форта у истока реки Шуницы до самой крепости.
Этот вал впоследствии был использован в качестве полотна при строительстве железной дороги на Варшаву. С этой целью часть крепостных сооружений была разрушена, в том числе и бастион у истока реки Шуницы.

Система защиты со стороны города была продумана весьма остроумно. В озере всегда поддерживался повышенный уровень воды, благодаря шлюзу у истока реки Шуницы, прикрываемому фортом. В случае нападения противника затвор этого шлюза поднимался, а затвор шлюза, находящегося на дамбе, опускался, и тогда вытекающая из озера вода заполняла все пространство между крепостью и городом.
Форты у истока реки Шуницы прикрывали шлюзы от противника, а крепость – от прорыва войск на дамбе. Такова была система обороны первой линии.
Компоновка и расположение рвов, валов и огневых сооружений второй линии обороны и их огневая связь были еще более совершенны и делали крепость неприступной.
К главному валу примыкало шесть крупных полубастионов, связанных с крепостью подземными ходами под основным валом. Казематы были предназначены держать под обстрелом внутренние рвы и вести отсечной огонь от эскарповых стен главного вала, а также от стен пяти основных бастионов. Основные бастионы размещались между шестью предыдущими казематами и были отделены от главного вала глубоким рвом. Бастионы обеспечивали прострел внешних рвов. Кроме того, для огневой связи было выстроено семь Т-образных фортов, каждый из которых мог вести круговой огонь. На валах, помимо этого, было сооружено еще 12 дополнительных двухэтажных фортов (по 4 орудия на первом этаже и по 2 на втором), которые могли вести огонь как вдоль крайних рвов (основное направление), так и вдоль собственного.

В случае необходимости непосредственно на валах можно было установить дополнительные орудия, что еще больше увеличило бы мощность крепости.
О возможности установки дополнительных орудий свидетельствуют сохранившиеся до сих пор аппарели (заезды на всех валах) и ячейки для пушек. Ячейки имели боковые брустверы, предохранявшие орудийную прислугу от разрывов ядер и снарядов. При такой системе расположения валов, рвов, фортов и бастионов на подступах к главному валу все пространство хорошо простреливалось, и противник, штурмующий крепость, неизбежно попал бы под перекрестный двенадцатислойный огонь. (Система огня была настолько сложна, что составить схему обстрела в одной плоскости не представляется возможным). Практически на валах орудия не устанавливались. Существует предположение о том, что до 1905 года на главном валу крепости размещались пушки старинного образца только в качестве реликвий.

Для усиления обороноспособности все рвы крепости затоплялись водой, поступающей по обводному каналу из болот, окружающих крепость.
Канал имел форму ломаной линии, на углах которой находились форты, обеспечивающие обстрел вдоль вала. Вода изо рвов по специальной трубе спускалась в Даугаву. Сообщение между разделенными водой укреплениями осуществлялось по временным мостикам, подземным переходам или на лодках. Сооруженные по нарастающей высоте валы давали возможность вести обстрел поверх гребня предыдущего вала.
Со стороны реки огневая мощь была несколько меньше, но и вероятность появления противника с этого направления была незначительна из-за сильного предмостного укрепления и водной преграды. Особый интерес представляла система защиты основных бастионов. Они выполнены в форме конусной трапеции, в крыльях которой расположены казематы, орудия которых держали под обстрелом ближние рвы крепости. В одном из основных бастионов ныне расположен стадион. Отсечной огонь от эскарповой стены этого бастиона вели казематированные сооружения, примыкающие к главному валу и обеспечивающие его неприступность.

Кроме того, кинжальный огонь с соседних бастионов и фортов сводил бы на нет усилия противника, если бы он попытался преодолеть глубокие рвы, затопленные водой.
Даже в случае проникновения противника на территорию основного бастиона доступ ему в орудийные казематы был бы прегражден отсечным огнем через особые бойницы. Помимо этого, оба каземата могли поддерживать друг друга внутри территориальным обстрелом через специальные амбразуры. В особо критической ситуации помощь бастиону можно было оказать установкой дополнительных орудий на главном валу крепости. Территория основного бастиона связывалась с крепостью проходом под главным валом и подъемным мостом, являвшимся одновременно и щитом, закрывавшим вход в тоннель вала. Об этом свидетельствуют огромные подъемные блоки, и ныне сохранившиеся в отдельных местах.
Форты позволяли вести отсечный огонь от своих дверей. Им помогали Т-образные казематированные сооружения. Бастион обеспечивал возможность проведения контратак силами защитников крепости через специальные проходы вдоль главного вала.
Не менее интересной была система защиты Михайловских (центральных) ворот.

Дорога к ним имела несколько закрытых поворотов, что исключало применение противником артиллерии. Чтобы попасть в крепость, необходимо было по раздвижному мосту пройти на бастион по щиту, закрывавшему глубокую яму. Этот щит при его поднятии являлся одновременно первыми воротами бастиона.
Минуя вторые ворота, по следующему раздвижному мосту нужно было пройти в аркообразное сооружение, которое также защищали щиты-ворота.

При выходе из-под арки можно было по третьему раздвижному мосту попасть к входу в крепость, который преграждался двумя дубовыми воротами, окованными железом с массивными запорами и засовами. В городском краеведческом музее хранится замок и ключ от этих ворот. Поражает воображение их монолитность, размеры и вес (до 28 кг).
Военные инженеры всегда считали ворота самым уязвимым местом любой крепости, поэтому скрупулезно продумывалась их защита и огневое прикрытие. Во время боевых действий щиты-ворота поднимались, а мосты разводились. Если бы противник сумел все же прорваться на первую линию обороны и выйти на подступы к первому раздвижному мосту, то он неизбежно попал бы под перекрестный огонь орудий двухэтажного форта и основного бастиона. Даже если бы ему удалось захватить первый раздвижной мост, он был бы уничтожен при попытке захвата первых ворот огнем из специальных бойниц бастиона и форта. Этому способствовала и малая площадь перед воротами, не позволявшая противнику сосредоточить достаточные силы для прорыва ворот сходу. В защиту вторых ворот этого бастиона и ворот арки был положен такой же принцип. Прорвавшийся на площадку бастиона противник был бы уничтожен огнем из Т-образного форта или же, в крайнем случае, его защитниками врукопашную.

Если бы противник прорвался на второй раздвижной мост, он тотчас был бы расстрелян перекрестным огнем из Т-образного форта, бастиона и дальнего двухэтажного казематированного укрепления.
Даже в том случае, если бы противник проник к третьему мосту и (что совершенно нереально) попытался подойти к основным воротам крепости, он был бы уничтожен с близкого расстояния орудиями каземата главного вала и бастиона, примыкающего к нему. Смертоносный огонь могли вести также пушки, дополнительно установленные на валах.
Подобным образом была создана защита и других ворот. Исключением являлись лишь Николаевские (южные) ворота, где ко всему прочему уничтожение противника, проникшего к входу в крепость, производилось бы и через систему внутренних (в воротах) бойниц.
Таким образом, была продумана необычная, своеобразная защита бастионов и ворот крепости. Вынесенные далеко за пределы крепости полевые форты обеспечивали преждевременное разворачивание отрядов нападающего противника, изматывание и уничтожение его живой силы, нарушали планированное проведение штурма.
Весь вид приземистой, 6-8-метровой крепости, зарытой в грунт, пересеченной валами, фортами и дополнительными укреплениями, внушал противнику невольный страх. Непривычная конфигурация укреплений, отсутствие традиционно видимых амбразур и бойниц со стороны предполья создавали неуверенность в выборе путей нападения. Одна треть орудий была направлена непосредственно в сторону фронта; две трети стволов рассчитаны для флангового и отсечного от эскарповых стен огня. К этому следует добавить затопленное пространство между главным валом и всеми оборонительными укреплениями. Рвы имели неодинаковую глубину (от 4 до 9 метров) и изобиловали коварными ямами-ловушками. Кроме того, проход внутри главного вала и развитая сеть подземных коммуникаций от него к бастионам существенно усиливали мощь и неприступность крепости.
Начиная с 1876 года, происходит сосредоточение при Динабургской крепости складов различного рода военных запасов. В течение 80-х и 90-х годов XIX столетия складские помещения строились на эспланаде северного фронта крепости, а с 1900-х годов – преимущественно на западном фронте. В крепости были сосредоточены обширные склады артиллерийского, инженерного, интендантского и военно-санитарного ведомств.
Кроме того, на территории крепости разместились войсковые мастерские по изготовлению пороха, гранат, снарядов, а также по пошиву офицерского и солдатского обмундирования.
Продолжительное расположение в городе значительного количества войск с обозами, мастерскими, складами и огромным количеством лошадей было выгодно городскому хозяйству: это давало работу многим горожанам, а также доходы тем, кто снабжал армейские части продовольствием, обмундированием, фуражом и т.д.
Немаловажное значение этот факт имел и для культурной жизни. Офицерское гарнизонное собрание, где собирались не только военные, но и их родственники и знакомые, было тем местом, где создавались и демонстрировались любительские спектакли, концерты, читались лекции, устраивались вечера. Находилось гарнизонное собрание на 2-м этаже здания, где в настоящее время располагается Даугавпилсская городская дума.
6 декабря 1869 года в крепости был открыт детский приют имени Великого князя Николая Александровича (впоследствии императора Николая II). Это стало возможным, благодаря сборам от балов, концертов, лотерей, проводившимся с 1844 году по инициативе одного из старшин Дворянского собрания (Офицерского клуба) Красника. Сумма сборов составила 4 000 рублей. Кроме того, на поддержание нового приюта было назначено ежегодное финансирование в размере 500 рублей. Приют был создан для солдатских детей, в большом количестве находившихся в крепости без всякого присмотра со стороны родителей, а также для детей бедных родителей и сирот. В 1898 году для нужд приюта был перестроен двухэтажный каменный дом, что позволило содержать в нем 60 воспитанниц.
Большое внимание командование и инженеры крепости уделяли благоустройству внутренней территории укреплений. Так, еще в 1857 году вся площадь крепости была замощена булыжником, в 1865 году проложили водопровод, а в 1892 году ввели электрическое освещение. Все эти новшества намного опережали, по времени внедрения, другие крепости и города России.

В 1881 году в крепости была учреждена правительственная телеграфная станция – первая в царской России (телеграфная линия была проложена из Санкт-Петербурга в Динабургскую крепость). В 1887 году были учреждены крепостные пожарная и жандармская команды.
Быстрое развитие Динабурга, строительство крепости и увеличение военного гарнизона, рост промышленного производства и торговли привели к резкому увеличению городского населения. Если в 1860 году оно составляло около 13 тысяч, в 1897 году – более 76 тысяч, то в 1913 году – почти 113 тысяч человек (больше, чем в Минске или сегодняшнем Даугавпилсе).
14 января 1893 года по указу Александра III город Динабург был переименован в Двинск. В связи с этим и крепость стала называться Двинской. С развитием военного дела она утрачивает свое стратегическое значение и 12 апреля 1897 года была переименована в крепость-склад, став своеобразным арсеналом для хранения орудий Обуховского завода. На ее валах орудия оставались только в качестве реликвий.
В 1912 году в связи со 100-летием победы над Наполеоном в Отечественной войне 1812 года перед комендантским домом на средства, собранные солдатами и офицерами Двинского гарнизона, был разбит парк, в центре которого установлен памятник-фонтан из трех 12-фунтовых чугунных пушек, состоявших ранее на вооружении крепости.

Революционные волнения начала XX века охватили и военнослужащих. Так, в 1903 году бастовали строители, возводившие интендантский городок за крепостью. Социал-демократы, наладив связь со служащими крепости, снабжали их листовками и прокламациями. Через созданный солдатами военный комитет из оружейных складов и мастерских Двинской крепости оружие переправлялось рабочим города. В октябре 1905 года в своем донесении в департамент полиции начальник Витебской жандармерии сообщал: «Пропаганда Двинского комитета РСДРП во всех частях гарнизона и крепости в корне подрывает воинскую дисциплину, солдаты толпами уходят в город на митинги и сходки, в присутствии офицеров читают и наклеивают на стены казармы прокламации».
В ноябре 1905 года военным комитетом был разработан план восстания солдат Двинской крепости, согласно которому восставшие должны были арестовать офицеров, захватить оружие и освободить политических заключенных из тюрьмы. Однако план стал известен командованию крепости и был сорван. Несмотря на старания коменданта, автора плана найти не удалось, поэтому из крепости были убраны несколько «неблагонадежных» солдат и офицеров. У рядовых было отобрано оружие и установлен жесткий контроль над ними. Также по решению правительства в крепости была проведена досрочная демобилизация солдат, которые во избежание контактов с рабочими отправлялись из города только ночными эшелонами.
После бурных событий 1905 года революционные выступления пошли на убыль.
Накануне 1-й мировой войны Двинск достиг наиболее высоких результатов в своем экономическом и культурном развитии, которое было прервано военными бедствиями и революционными потрясениями.