El castillo de Osma contó entre otras novedades constructivas con unas cámaras de tiro con saeteras en la parte baja de los muros con un canal de tiro innovador que permitía que los arqueros enemigos no pudieran embocar el tiro hacia ellos. Este tipo de saeteras sólo se conocen en Tierra Santa durante la Primera Cruzada. A este respecto conocemos que hubo una relación directa entre uno de los señores de Osma y la construcción de los castillos cristianos en los Santos Lugares.

Las pronunciadas pendientes de más de 45 grados y las saeteras construidas por los leoneses resolvieron que el ejército del califa se retirara sin poder tomar la pequeña fortaleza. La interpretación que ambos bandos forjaron de la batalla no deja de ser curiosa. Según una crónica cristiana, la hueste de Abderramán III demostró una enorme cobardía por no subir las laderas para luchar. Por su parte, los andalusíes dejaron testimonio de lo cobardes que habían sido los leoneses de Ramiro por no abandonar la fortaleza y combatir en campo abierto.

Almanzor si llegó a tomar la fortaleza y realizar algunas obras, tal vez el forro de las torres condales. Después pasó a manos cristianas con Fernando I en 1011 que a su vez acomete las obras de las almenas. Desde esa fecha adquiere una enorme importancia para los cristianos en su defensa de la frontera del Duero.

La fortificación se completó, además, con una torre avanzada para recoger agua del río; a este tipo de torres se les conoce como corachas. En 1194 el rey Alfonso VI, que ya había tomado Toledo en 1086, conquista Medinaceli y la frontera se traslada definitivamente hacia el sur. A partir de entonces el castillo conoce una prolongada decadencia.

A finales del siglo XIII o inicio del XIV las tropas de María de Molina en su lucha por el trono de Castilla contra los infantes de la Cerda se alojan en este castillo real.

La ambiciosa excavación arqueológica, previa a la rehabilitación del castillo, ha permitido, entre otros muchos datos, estudiar las minas que se emplearon durante la Guerra de Sucesión por los partidarios de los Borbones para dinamitar el castillo y que obviamente no fueron eficaces en su propósito.En la excavación también ha recuperado las famosas cámaras de tiro con saeteras medievales cegadas por las reutilizaciones posteriores.

En el siglo XVIII el castillo se abandona definitivamente. Las torres del castillo condal se desmontan completamente y buena parte de aquellos sillares de origen romano, procedentes de Uxama, que se habían utilizado para las construcciones condales y ramirenses se trasladaron y reutilizaron para levantar los fundamentos de la catedral del Burgo de Osma.

La fortaleza cristiana de Osma se completaba con una puebla amurallada de la que permanecen varios fragmentos de lienzos que se extienden hacia el río donde aún subsiste una torre coracha o torre del agua. La función de la torre era militar, pero sobre todo administrativa. Controlaba el paso de mercancías y personas por el puente situado a sus pies y , por tanto, el cobro de los impuestos de transito. De la puebla conocemos su necrópolis plenomedieval con tumbas excavadas en la roca, algunas de ellas tapadas con tablones que se encajaban en un resalte y un acuartelamiento de barracones militares del siglo XIV, aledaños a la muralla sur.