Diese vorläufige Planung diente als Grundlage der heute bekannten Planung der Anlage. Die Stadtfronten wurden auf einzelne Werke aufgeteilt, die Werksnummern wurden neu vergeben, beginnend mit den Hauptumwallungen und endend mit den Außenforts. Einige Anlagen wurden verlegt oder ganz gestrichen, so fielen in Neu-Ulm drei der sechs Vorwerke weg, das Riedhof-Vorwerk wurde dann an die Bastion 3 gelegt und nach Osten gedreht. In Ulm traf es die Türme am Galgenberg, am Roten Berg und im Lehrer Tal sowie die Courtine am Michelsberg, dafür wurde die Anlage auf dem Michelsberg vollständig neu als Zitadelle konzipiert. So kommt man in den Planungen um 1842 auf 56 Werke, 1849 sind es noch 52. 1863 wurde ein weiteres Außenfort bei Pfuhl geplant, aber nicht ausgeführt, und ab 1881 entstanden zwei weitere Außenforts auf dem oberen Eselsberg, während 1876 auf dem Michelsberg ein Geschützturm abgetragen wurde, so dass man heute auf 53 zeitgleich existierende und 54 gebaute Werke von insgesamt 59 geplanten Werken kommt.

Der damals etwa 16.000 Einwohner starken Stadt Ulm und der kleinen, erst 1811 gegründeten Gemeinde Neu-Ulm verschaffte der Bau der Festung einen wirtschaftlichen Aufschwung. Die bis 1802 Freie Reichsstadt Ulm litt seit dem Dreißigjährigen Krieg unter Bevölkerungsrückgang und Geldmangel, und 1810 wurde durch die Übergabe Ulms von Bayern an Württemberg auch das landwirtschaftlich genutzte Hinterland rechts der Donau abgetrennt, auf dem seither das heutige Neu-Ulm entstand. Neu-Ulm bestand zu Baubeginn nur aus einer kleinen Ansammlung von Bauernhöfen auf Höhe des heutigen Donaucenter-Hochhauses und den einst zu Ulm gehörenden Gebäuden und Gartenlauben auf der Insel. Mit dem Bau der Festung, an der zeitgleich bis zu 6.000 Mann arbeiteten, wuchs Ulm zu Ende des 19. Jahrhunderts auf etwa 43.000 Einwohner an, Neu-Ulm wuchs zu einer Kleinstadt heran und bekam 1869 vom bayerischen König Ludwig II. die Stadtrechte verliehen, um 1900 hatte es bereits rund 9.000 Einwohner. Bis 1880 wurden mehrere wichtige Eisenbahnstrecken über Ulm gelegt, deren Bau teilweise über andere Städte, beispielsweise Nördlingen, geplant war: 1846 die Südbahn Ulm – Friedrichshafen, 1850 die Filstalbahn Stuttgart – Ulm, 1854 die Maximiliansbahn Ulm – Salzburg, 1861 die Illertalbahn Ulm – Oberstdorf (von der ab 1878 die Nebenbahn Senden – Weißenhorn und ab 1894 die Nebenbahn Kellmünz – Babenhausen abgezweigt wurden), 1865 die Donautalbahn Donaueschingen – Ulm, die ab 1911 auch nach Regensburg weiterführte und 1875 die Brenzbahn Ulm – Aalen. Dieser massive Ausbau der Eisenbahnstrecken führte auch zu einem wirtschaftlichen Aufschwung der Region rund um Donau und Iller. Im Angriffsfall wären die Dampflokomotiven Württembergs innerhalb der Festung untergebracht worden. 1854 wurde die Lücke zwischen Ulm und Neu-Ulm geschlossen und damit die bayerischen und württembergischen Staatseisenbahnen verbunden. Ohne die Festung und die damit zusammenhängenden Baumaßnahmen wäre aus Ulm und Neu-Ulm wohl kein länderübergreifendes Oberzentrum mit heute über 175.000 Einwohnern bzw. aus der landwirtschaftlich geprägten Region die Wirtschaftsregion Donau-Iller mit beinahe einer Million Einwohner entstanden.

Ulm besaß mit der Bundesfestung die seinerzeit modernste und eine der größten Festungsanlagen Europas und galt praktisch als unneinehmbar. Und doch war sie schon bei der Fertigstellung veraltet. Grund hierfür war die Entwicklung neuer gezogener Geschütze, deren Reichweite sich von 800 Metern auf etwa drei Kilometer verlängerte und deren Treffsicherheit um einiges genauer wurde. Zudem wurden statt Vollstahlkugeln nun Sprenggranaten verwendet, die beim Auftreffen auf Mauern und Erde große Schäden hinterließen. Daher wurden ab 1876 zahlreiche Umbaumaßnahmen vorgenommen, die vor allem die Forts und die Wilhelmsfeste betrafen. Zahlreiche Erdtraversen wurden aufgeschüttet, Mauern und Türme abgetragen, Wälle vergrößert, Hohltraversen ummantelt und ab 1881 zwei neue Forts auf dem Eselsberg errichtet.

Insgesamt wurde die Festung fünfmal armiert:

Die erste Armierung fand während der Märzrevolutionen in den deutschen Staaten im Jahr 1848 statt, hier waren große Teile der Festung noch gar nicht fertiggestellt bzw. es wurde noch nicht einmal mit dem Bau begonnen, lediglich die Wilhelmsburg stand schon nahezu komplett. Da es den Arbeitern der Festung und auch den Bürgern der Stadt jedoch gut ging, fiel die Revolution in Ulm und Neu-Ulm nicht auf fruchtbaren Boden, lediglich im Jahr zuvor gab es Krawalle wegen massiver Brotpreiserhöhungen.

Die zweite Armierung fand während des Oberitalienischen Krieges 1859 statt. Das Königreich Sardinien-Piemont plante zusammen mit Frankreich einen Angriffskrieg auf das mit dem Kaisertum Österreich in Personalunion verbundene Königreich Lombardo-Venezien, woraufhin Österreich ein Ultimatum stellte. Sardinien-Piemont ließ es im Juli 1859 verstreichen und so kam es zur Kriegserklärung. Nachdem Österreich die Schlachten bei Solferino (24. Juni 1859) und Magenta (4. Juli 1859) verlor, kam es zur Armierung der Bundesfestung Ulm und das VIII. deutsche Armeekorps wurde zum Schutz des Oberrheins mobilisiert. Zu diesen Armierungsarbeiten gehörte auch der Bau der Blockhäuser. Nachdem sich der französische Kaiser Napoleon III. und der österreichische Kaiser Franz Joseph am 11. Juli in Villafranca di Verona (Kgr. Lombardo-Venezien) auf einen Waffenstillstand einigten („Vorfrieden von Villafranca“), wurde die Armierung am 21. Juli beendet.

Im Deutschen Krieg von 1866 wurde die Festung ab dem 3. Juli – dem Tag der Schlacht von Königgrätz (Kgr. Böhmen, heute: Hradec Králové) – zum dritten Mal in den Kriegszustand versetzt, d.h. es wurden die Gräben geflutet, Palisaden vor den Forts errichtet, das Schießpulver von den Friedenspulvermagazinen in die Kriegs- und Wallpulvermagazine gekarrt und die Geschütze in Position gebracht. Diese Arbeiten dauerten 17 Tage. Die Aufhebung des Kriegszustandes erfolgte am 23. August 1866 mit der Auflösung des Deutschen Bundes, die österreichische Festungsbesatzung zog am 16. Oktober aus Ulm und Neu-Ulm ab.

Die vierte Armierung fand im Deutsch-Französischen Krieg von 1870/71 statt. Durch diplomatische Spannungen nach der Veröffentlichung der Emser Depesche durch den preußischen Ministerpräsidenten Otto von Bismarck erklärte Napoleon III. dem Norddeutschen Bund am 19. Juli 1870 den Krieg, die süddeutschen Staaten stellten sich auf die Seite des Norddeutschen Bundes. Bereits drei Tage vorher begann man mit der Armierung der Festung, am 4. August erfolgte die Versetzung in den Kriegszustand. In der Festung wurden 15.600 Soldaten und 500 Pferde untergebracht, es wurden insgesamt 301 Geschütze aufgestellt. Später wurden die Außenforts hauptsächlich zur Unterbringung französischer Kriegsgefangener genutzt, vor allem die Forts Unterer und Oberer Kuhberg, Unterer Eselsberg und Albeck. Nach dem Sieg über die Franzosen – aus dem Norddeutschen Bund und den süddeutschen Staaten Baden, Hessen-Darmstadt, Bayern und Württemberg entstand mittlerweile das Deutsche Kaiserreich – begann im März 1871 die Desarmierung der Festung.

Die letzte Armierung fand im August 1914 statt, also zu Beginn des 1. Weltkriegs. Hier wurden aber nicht die Festungsbauten an sich armiert — ein Teil war ja bereits abgetragen — sondern es wurde ein System aus Schützengräben, Stützpunkten, Artillerie- und Munitionsräumen und Zwischenraumstreichen ringförmig um Ulm und Neu-Ulm installiert. Dieser Ring hatte einen Umfang von nahezu 40 Kilometern. Die standartisierten Hohlbauten und Stützpunkte wurden im Eilverfahren aus Beton errichtet und von innen mit Wellblech verkleidet. Das Reduit von Fort Friedrichsau erhielt einen Betonpanzer von einem Meter Stärke, und die Werke auf dem oberen Eselsberg wurden ebenfalls nochmals mit Beton verstärkt. Noch während der Armierungsarbeiten wurde klar, dass der Feind, die französische Armee, nicht ins deutsche Kaiserreich vorrücken wurde, und so wurden die Arbeiten am unvollständigen Ring beendet. Die letzten Bauten aus der Epoche waren die Pumpwerke Buchbrunnen und Butzental. Bereits 1916 wurden die meisten Gräben verschüttet und einige Stützpunkte zerstört, da sie allesamt auf Feldern errichtet wurden, ohne vorher die Landwirte zu bemühen. Zwischen 1945 und 1947 wurde der größte Teil dieses Rings durch die U.S. Army gesprengt — rund um Ulm befinden sich heute noch etliche Trümmerhaufen.

Trotz dieser Armierungen kam es in und Ulm während dieser Zeiten nie zu Kriegshandlungen. Die Tatsache, dass die Festung nie in Kriegshandlungen verwickelt wurde, rettete sie im Vertrag von Versailles auch vor der Schleifung, im Gegensatz zu den anderen vier grenznahen Bundesfestungen, die auf Grund der Einrichtung einer Entmilitarisierungszone mit einem Abstand von 50 Kilometern zur neuen französischen Grenze nahezu vollständig abgetragen werden mussten. Beide Städte begannen jedoch schon ab 1904, die Stadtfronten teilweise abzutragen. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde der äußere Festungsring von 1901 und 1914 fast vollständig gesprengt und in der Nachkriegszeit wurden die meisten Werke dem Verfall überlassen und teilweise, wie beispielsweise die Untere Gaisenbergbastion und das Fort Mittlerer Kuhberg auch abgebrochen. Seit 1974 kümmert sich der Förderkreis Bundesfestung Ulm e.V. um den Erhalt der verbliebenen Gebäude.

Nach der Auflösung des Deutschen Bundes gingen die Festungen in Landeseigentum über, nach der Gründung des Deutschen Reichs auf der württembergischen Seite in Reichseigentum, woraus die Reichsfestung Ulm entstand. Der bayerische Teil der Festung verblieb beim Königreich Bayern. Die Armeen wurden auf beiden Seiten nach wie vor von den Gliedstaaten gestellt. 1921 zog die Reichswehr der Weimarer Republik in Teile der Festungen ein, 1935 die Wehrmacht. Von 1933 bis 1935 wurde im Fort Oberer Kuhberg und im Infanteriestützpunkt Gleißelstetten vom württembergischen Innenministerium ein „Schutzhaftlager“ (eine frühe Art des Konzentrationslagers) betrieben, nachdem das Vorgängerlager Heuberg in Stetten am kalten Markt geschlossen wurde. Einer der bekanntesten Gefangenen im KZ Oberer Kuhberg war der Sozialdemokrat und späterer SPD-Parteivorsitzende Kurt Schumacher. Im Juli 1935 wurden die Gefangenen auf andere Lager, darunter das Konzentrationslager Dachau, verteilt. Im zweiten Weltkrieg wurden die Gewölbe als Luftschutzkeller genutzt, was sich in vielen Fällen als fataler Fehler herausstellte, da der schwere Rauch durch Kamine und Rauchabzüge in die Gewölbe einzog und dort für Erstickungen sorgte. 1945 zogen die Amerikaner in beiden Städten ein und belegten die Hindenburgkaserne (nun Ford Barracks), die Reinhardtkaserne (nun Nelson Barracks) und die Ludendorffkaserne (nun Wiley Barracks), außerdem die ehemalige Wilhelmsfeste ohne die Wilhelmsburg, welche zum Flüchtlingslager mit zeitweise über 4.000 Bewohnern wurde, und die Flandernkaserne.

Teile der Festung werden bis heute vom Militär genutzt, so sitzen in der ehemaligen Wilhelmsfeste und im Fort Prittwitz das Kommando Operative Führung Eingreifkräfte (KdoOpFüEingrKr) der Bundeswehr, ein Feldjägerbataillon und das Heeresmusikkorps 10, an der rechten Front des Forts Unterer Eselsberg befindet sich die Hindenburgkaserne mit dem Gebirgsfernmeldebataillon 210 und an der Kehle des Forts Unterer Kuhberg die Bleidornkaserne (Verwaltung, Dienstleistungszentrum und — zumindest derzeit noch — Kreiswehrersatzamt). Bis 1995 war zudem in der Kienlesbergkaserne ein Teil des II. Korps stationiert. Der Truppenübungsplatz am Lerchenfeld nördlich von Jungingen wird heute von der Rommel-Kaserne Dornstadt genutzt. Zwischenzeitlich wird aber durch die Bundeswehr-Reform die Verlegung des KdoOpFüEingrKr nach Potsdam diskutiert, außerdem soll die Häfte der bundesweit 52 Kreiswehrersatzämter geschlossen werden – die Stadt Ulm hat sich bereits das Vorkaufsrecht auf das Gelände der Bleidornkaserne gesichert. Genaueres wird durch das Bundesministerium der Verteidigung bzw. dessen Minister Thomas de Maizière am 26. Oktober 2011 bekannt gegeben.

In anderen Teilen haben Vereine und Jugendclubs, Schulen und Museen eine Heimat gefunden. In der Defensivkaserne der Oberen Donaubastion befinden sich das Donauschwäbische Zentralmuseum, ein Kinderladen, ein Theater und ein Weinhändler, außerdem auf dem Gelände das Roxy und der Club Schilli sowie eine Skaterhalle in der ehemaligen Reithalle, im Reduit der Mittelbastion hat eine Tauchergruppe ihren Sitz. In der Kienlesbergbastion befindet sich der Club Action, in der Oberen Gaisenbergbastion ein Verlag, in der Caponniere XX der Jazzkeller Sauschdall und der Club CAT. In der Unteren Gaisenbergbastion gibt es ein von Studenten betriebenes Café und der Club 15, im Reduit der Unteren Donaubastion zwei Archive und eine Schule und in den Donautürmen weitere Jugendclubs. Auf der Neu-Ulmer Seite wird das Eisenbahnblockhaus der Courtine 2 als Speisesaal und Galerie genutzt, die Caponniere 4 als kultureller Treffpunkt, die Courtine 6 als Wasserspielplatz und Biergarten, die Caponniere 8 von einem Naturschutzverein und das Kriegspulvermagazin II vom Förderkreis Bundesfestung. Von den Forts werden belegt: Das Fort Unterer Kuhberg durch eine Schule, eine Akademie und eine Narrenzunft, das Fort Oberer Kuhberg vom Förderkreis und vom Dokumentationszentrum Oberer Kuhberg, das Fort Unterer Eselsberg von Pfadfindern, dem Ulmer Zelt und weiteren Vereinen und das Fort Albeck von Pfadfindern. Die Ludwigsvorfeste teilen sich ein japanisches Restaurant, eine Steinwerkstatt, der Festungsbiergarten und die Mittelalterschänke. Die wenigsten Festungwerke stehen also leer, dazu zählen ein Großteil der Wilhelmsburg, der Söflinger Turm, der Örlinger Turm, die Forts Safranberg, Nebenwerk Oberer Eselsberg, die Vorwerke Illerkanal und Schwaighofen und kleinere Räume des Festungsrings. Im Vorwerk Illerkanal findet regelmäßig im Sommer das Vorwerkfest statt.

Während die Festung zwischen 1945 und den 1970ern schwer vernachlässigt und viele Teile zerstört wurden, begann der Ulmer Tierarzt Dr. Otmar Schäuffelen 1967 mit Aufräumarbeiten am Fort Oberer Kuhberg. Dieses Engagement führte 1974 zur Gründung des Förderkreises Bundesfestung Ulm, dessen Mitglieder sich heute ehrenamtlich um die Festungsanlagen kümmern und Interessierten auch Führungen anbieten. Am ersten Sonntag im Monat um 14:00 findet eine kostenlose Regelführung im Fort Oberer Kuhberg statt, am dritten Sonntag im Monat um 11:00 eine auf der Wilhelmsburg. Desweiteren bietet das Dokumentationszentrum Oberer Kuhberg jeden Sonntag Führungen im Reduit und der Flankengalerie des Forts Oberer Kuhberg an.

Bereits 1920 wurden die beiden Ulmer Tore unter Schutz gestellt, 1960 wurden erstmals große Teile der noch bestehenden Ulmer Bundesfestungsanlagen unter Denkmalschutz gestellt, 1973 folgte die gesamte noch bestehende Neu-Ulmer Festung. 1980 wurden noch mehr Werke unter Schutz gestellt, darunter die Forts Unterer Kuhberg, Unterer Eselsberg und Prittwitz, und 2001 erfolgte schließlich der Denkmalschutz für das Gesamtwerk. Leider wurde und wird der Denkmalschutz zeitweise als sehr dehnbarer Begriff von der Kommunalpolitik und insbesondere von Gewerbetreibenden aufgefasst. Seit dem Ende des zweiten Weltkrieges wurden immer wieder unnötig Werke abgebrochen, darunter das für Neu-Ulm identitätsstiftende Augsburger Tor, die Untere Gaisenbergbastion alias Gaisenbergkaserne und viele Werke der äußeren Armierungsstellung. Diese Abbrüche setzen sich bis in die heutige Zeit fort, zwischen 2006 und 2009 wurde der bis dahin unter einem alten Rasthof schlummernde Infanteriestützpunkt Jungingen-West schrittweise illegal im Auftrag eines Großunternehmers abgebrochen. Auf der anderen Seite tun Städte, Vereine und Gewerbetreibende auch viel, um die übrigen Gebäude zu erhalten oder zumindest den Verfall aufzuhalten. So wurde bereits das schon verloren geglaubte Fort Söflinger Turm wieder hergestellt, mehrere Gebäude restauriert und neu bedacht und bis heute werden immer wieder Rodungsarbeiten auf den Hohlbauten durchgeführt, ohne die die Wurzeln der Bäume und anderer Pflanzen in die Mauerwerke eindringen und diese zerstören würden. Zum 150-jährigen Jubiläum der Fertigstellung der Festung wurde 2009 der Festungsweg installiert, auf dem Fußgänger einmal um die gesamte Stadtumwallung laufen können. In der Nähe der Festungswerke wurden Stahlstelen aufgestellt, auf denen man zusätzliche Informationen zum jeweiligen Werk bekommt. Als einziges Außenfort bekam das Fort Oberer Kuhberg ebenfalls eine solche Stele.

Insgesamt sind heute noch rund zwei Drittel der Festung trotz der Abbrüche vollständig oder teilweise erhalten.

Erhaltungszustand der Bundes- und Reichsfestung Ulm heute (Stand Oktober 2011) mit heutigen Bezeichnungen.

Anders als bei vielen Festungen in Deutschland, die im Bastionärsystem errichtet wurden, wurden die Festungen Ulm und Rastatt im Polygonalsystem gebaut. Dieses System zeichnet sich durch lange Geraden aus, deren Eckpunkte durch Grabenstreichen (Caponnieren), Schanzen (Flèchen) und Wallschilde (Ravelins) verteidigt wurden. Auf diese Weise erreichte man, dass es an der gesamten Feindseite nicht einen Quadratmeter Toten Winkel gab. Ulm galt bis zur Entwicklung der gezogenen Geschütze als praktisch unneinnehmbar.