Op het eind van de zeventiende eeuw, op 23 juli 1694, namen de Staten (eindelijk) het besluit om Brielle op een ingrijpende wijze van nieuwe verdedigingswerken te voorzien. De nieuwe vorm die de stad zou krijgen werd ontworpen door vestingbouwers Willem Paen (die werkte voor de Staten van Holland) en zijn beroemde evenknie Menno van Coehoorn (werkzaam voor de stadhouder en de Staten-Generaal). Sinds 1713 is er weinig aan de vesting veranderd, zodat de verdedigingswerken tot de belangrijkste van Nederland behoren.
Brielle, ca 1740, door Izaäk Tirion
Eén van de steden waarover Willem Paen, de inspecteur-generaal van de fortificatiën in de provincie Holland, advies vroeg aan Van Coehoorn was een strategisch aan de Maasmond gelegen stad: Brielle. Hij had al eerder een ontwerp ingediend ter verbetering van de verdedigingswerken van de stad, maar het bestuur van de provincie had daar niet direct mee ingestemd. In 1700 kwam Menno van Coehoorn een dag naar Brielle en deed aanbevelingen die Willem Paen kon verwerken in zijn nieuwe ontwerp. Het plan bevatte het idee voor een afsnijding van de stad in het zuiden, waar de stad het kwetstbaarst was – een idee dat in 1618 ooit al was ingediend, maar nooit was uitgevoerd.
Vervolgens was het aan het Brielse stadsbestuur om akkoord te gaan, maar de vroedschap had opmerkingen en bezwaren bij het ontwerp van Paen en Van Coehoorn. Zo zou bijvoorbeeld het Sint-Catharinagasthuis in Paens’ plan geheel verdwijnen en diverse huizen moesten wijken, waarvoor de eigenaren een vergoeding moesten ontvangen. Paen paste zijn ontwerp aan, en dat resulteerde in 1703 in een definitieve ontwerptekening die zich in de collectie van het historisch museum van Brielle bevindt. Daarin is te zien dat de beoogde vestinggrens een stukje opgeschoven is, waardoor het Sint Catharinagasthuis niet afgebroken hoefde te worden.
Militair en vestingbouwer Menno van Coehoorn (1641-1704) en kapitein-ingenieur Louis Paen, ook een militair, keken allebei wat de beste manier was zodat de verdediging van een stad altijd was gedekt voor vijandelijk vuur en tegelijkertijd de aanvaller juist bloot stond aan het vuur van de verdediger. Menno van Coehoorn won het pleit met zijn boek “Nieuwe Vestingbouw, Op een natte of lage Horisont…”. Zijn ideeën zouden leiden tot wat het Nieuw Nederlands Vestingstelsel werd genoemd. Van Coehoorn was een goed militair strateeg. Hij dacht in “linies”. Het basisidee van zijn theorie is, dat het de vijand onmogelijk moet worden gemaakt om rechtstreeks op de gemetselde stenen basis van de hoofdwal te schieten. Eerst moesten de ervoor gelegen verdedigingswerken worden veroverd om vervolgens van daaruit via beschietingen schade toe te brengen aan de hoofdwal en bastions. Vanaf de kant van de verdedigers moest het schootsveld (het zicht) juist volkomen vrij zijn en konden de hoger gelegen verdedigingslinies met vuur dekking bieden aan de lager opgestelde troepen.
De definitieve ontwerptekening van Paen van de nieuwe vesting van Brielle, die uitging van deze theorie, zag er als volgt uit: