Il complesso di Balsignano è difeso da una duplice cinta muraria, una più esterna, di forma trapezoidale ed una più interna, di dimensioni più ridotte, su cui si attestano la Chiesa di S. Maria ed il Castello. Il circuito difensivo esterno si sviluppa per una lunghezza di 500m e circonda la cinta interna (lunga circa 50 m), gli edifici monumentali e, presumibilmente, anche i resti del tessuto insediativo tuttora celato nel sottosuolo. Attribuite ad un arco cronologico compreso tra XIV e XV secolo, periodo di forte instabilità politica e di importanti eventi bellici, le mura sono caratterizzate dalla presenza di una serie di torrette difensive con saettiere e, inoltre, da una monumentale porta di accesso all'insediamento, difesa da due baluardi, prospiciente un incrocio viario formato da strade di antico impianto. Quest'ultima è stata riportata alla luce dall'intervento di scavo archeologico che ha interessato, dal 2011 al 2015, la cinta muraria, rivelando la presenza, in corrispondenza delle lacune, dei tratti murari mancanti, conservati a livello di fondazione. Il contestuale intervento di restauro ha messo in evidenza, dopo la rimozione dei crolli e della vegetazione infestante, le originarie cortine murarie, tuttora a tratti occultate da rimpelli di età moderna, che l'accurato intervento di recupero ha risparmiato quale testimonianza delle recenti fasi di vita del sito.

1. Il lato orientale della cinta muraria Reso interamente visibile dalle operazioni di pulizia e dagli interventi di scavo, il lato orientale della cinta muraria si sviluppa, a partire dal viale di ingresso, per 30 m in direzione dell'area sacra di S.Felice a sinistra e per ben 37 m dal suddetto viale sino all'antica porta di accesso, a destra. La fortificazione, dello spessore di circa 1m, si conserva con un elevato che va da 1,20 m ai 3,50 m in prossimità dell'abside della chiesa di S. Felice.

2. La porta monumentale Percorrendo il sentiero lungo il tratto orientale di cinta precedentemente descritto, si giunge davanti alla porta di accesso affiorata durante la campagna di scavo: le sue fondazioni sono state messe in luce dallo scavo archeologico del 2011-2012. Prospiciente l'incrocio viario formato da due assi stradali, corrispondenti alla strada per Bitetto e all’odierna strada provinciale Modugno-Bitritto, la porta doveva avere un aspetto monumentale, fiancheggiata da due torri di notevole ampiezza, quella angolare di 20 mq e l’altra 10,50 mq. La necessità di rafforzare la fortificazione nel punto più sensibile ad eventuali attacchi, è rivelata dall'utilizzo di grossi blocchi calcarei, posti su doppio paramento con spesso nucleo interno. La perizia tecnica dei costruttori è, inoltre, evidenziata dalle maggiori dimensioni della torre angolare, deputata a sorvegliare entrambi i fronti stradali, con un'ampia visuale sull'intera area.

3. Il tratto settentrionale delle mura: la torretta con sepoltura Oltre la porta monumentale si dispongono le mura di difesa: il tratto di cinta settentrionale presenta due torrette difensive dotate di saettiere emerse durante gli ultimi lavori dal momento che risultavano completamente occultate da pietrame e infestate dalla vegetazione. Nella prima torretta è stata scoperta una tomba a fossa, ora non più visibile, riconducibile alla fase di abbandono del borgo, intorno alla seconda metà del XV secolo d.C. Lo scheletro era collocato in posizione supina ed era privo di elementi di corredo. L'analisi condotta dagli antropologi dell'Università degli Studi di Bari ha rivelato che i resti scheletrici sono quelli di una donna, di età compresa tra i 35 e i 45 anni, che aveva avuto varie gravidanze e svolgeva un 'attività di tipo artigianale. L'analisi paleopatologica ha, inoltre, rivelato i segni di una probabile sifilide ereditaria. La cinta muraria prosegue lungo il versante occidentale, dove sono emerse, anche qui, due torrette con saettiere, con caratteri analoghe alle altre.

4. Il lato meridionale della cinta muraria Sul versante meridionale i resti della fortificazione medievale sono riemersi a seguito dello "scivolamento", durante i lavori, della fodera muraria realizzata in età moderna. Rimane invece ancora occultata da una"specchia" la torretta angolare Sud Ovest. Nel corso delle ultime operazioni di scavo e restauro è affiorato un bel piano pavimentale in basole, solo parzialmente messe in luce. In corrispondenza di questo sono state evidenziate due strutture di incerta funzione, una rettilinea, l'altra curvilinea, addossate al circuito murario. A ridosso del tratto finale che si ricongiunge al circuito murario interno del casale, è stata messa in luce una cisterna ipogeica con volta a botte, di dimensioni ridotte (3m x 4m), presumibilmente di età post medievale. Il tratto di mura a sud si congiunge con la cinta muraria interna che custodisce due delle emergenze architettoniche del complesso di Balsignano, il castello e la chiesa di S. Maria.

5. La cinta difensiva interna La cinta muraria e le strutture del Castello di Balsignano, ubicate nell'area a sud est del casale, costituiscono un nucleo fortificato la cui realizzazione è avvenuta in tempi differenti. Il più antico nucleo di strutture farebbe riferimento all'insediamento monastico benedettino del XII secolo e comprendeva le strutture ancora visibili del cenobio e una parte della cinta muraria che, originariamente, doveva essere munita anche di alcune torri quadrangolari successivamente inglobate nelle strutture del Castello e dell’edificio più a nord della chiesa di S. Maria. L'attuale sistemazione di questo spazio è il risultato di secoli di interventi durante i quali sono stati aggiunti nuovi manufatti, come la scalinata che conduce all'interno del Castello, il forno in pietra, i muri in pietra a secco con cisterne e abbeveratoi tipici delle residenze di campagna del XVII-XVIII secolo. Ci sono stati anche molti interventi di risanamento e ristrutturazione degli edifici più antichi; a questi lavori non sono sfuggite neanche le mura di cinta più volte ricostruite in seguito a crolli e distruzioni a partire almeno dal XIV-XV secolo.