Dueñas estuvo rodeada de una sólida muralla en la que se abrían cuatro puertas, de las que sólo se conserva la denominada el Ojo de la Virgen o Puerta de los Remedios situada junto al Arroyo Valdesanjuan, en cuyo interior se encuentra la ermita de Nuestra Señora de los Remedios.

Se trata de una torre fuerte de sillarejo con doble arco apuntado, que sobresale unos metros de la muralla. Para su defensa contaba con una doble puerta, rastrillo y dos pequeñas troneras redondas, actualmente cegadas, junto con un portillo lateral que da acceso al único tramo de muralla que perdura. En el interior se conservan, a media altura, los mechinales donde se apoyaría un forjado de madera hoy desaparecido. Se accede a esta puerta a través de un puente que salva el arroyo Valdesanjuán, que discurre paralelo a la muralla y actúa como foso natural.

Más adelante, junto al puente que da acceso a la calle Antonio Monedero, se encontraba la Puerta de la Villa o de Valladolid, por ser la utilizada para desplazarse a esta localidad.

La de San Martín, situada al Norte junto al desaparecido puente que permitía cruzar el Pisuerga para dirigirse a Palencia y Burgos. Por último, al final de la calle de San Juan se situaban las puertas del mismo nombre que daban salida al monte.

El trazado de la muralla, partiendo de esta última puerta, bajaba hasta el arroyo de Valdesanjuán, para continuar por su margen izquierda (calle Barbacana) y subir por la carretera vieja hasta la de San Martín. Probablemente se cerraba la cerca a través de la calle Corredera, aunque según algunos autores continuaba desde ambas puertas hasta el cerro del castillo.

Existía también un pequeño recinto cercano a la desembocadura del arroyo, donde se situaban el granero y los molinos del conde.

Debido a la importancia que tenía la muralla, en 1568 se prohibía en las ordenanzas municipales "sacar piedra ni tomar ni lleuar alrededor de los muros de esta villa de lo que se cay de las çercas, ni de las baruacanas ni de la ribera del rio..."

En el siglo XVII Rodrigo Méndez Silva la describe con fuertes muros y tres puertas.

A partir del 1786, en que se falla a su favor en el pleito presentado por los vecinos cuestionando la existencia del señorío y se reconoce su condición de realengo, la población se apropia de piedras de la cerca para su uso particular.

En 1829 se autoriza la utilización de las piedras de la muralla y del castillo para la construcción del Canal de Castilla. Tres años más tarde también se permite su uso por parte de los vecinos.

La localidad contó con un puente fortificado que se situaba en las cercanías de la puerta de San Martín. Estaba protegido por una puerta-torre sobre la que se asentaba una ermita bajo la advocación de Nuestra Señora de las Nieves. Este puente permitía cruzar el río Pisuerga que circulaba junto a la localidad hasta que se desvió su cauce a principios del siglo XIX. En el plano de la localidad de Dueñas de 1852 realizado por Francisco Coello, se puede ver la indicación "Antigua madre del Río" que señala el trazado que tenía previo al desvío.

En 1831 se solicitó la demolición del puente y el uso de la piedra para la construcción del Canal de Castilla.