W 1538 roku twierdza została zdobyta przez wojska polskie hetmana Jana Tarnowskiego. Siły Rzeczypospolitej podkopały ściany fortecy i wysadziły trzy wieże od południa i część zachodniej ściany. Po zakończeniu konfliktu Mołdawianie przystąpili do przebudowy obiektu. Dawną część południową wyburzono i wzniesiono o 20-25 metrów dalej na południe pomiędzy 1540 a 1544 rokiem. Wzniesiono też nową bramę z mostem zwodzonym. W 1563 roku zamek zdobył wojewoda sieradzki Olbracht Łaski wypierając stamtąd mołdawski oddział hospodara Jana II Heraklidesa Basilikosa. W tym samym roku Łaski umocnił zamek i pozostawił w nim załogę. W 1564 roku król Zygmunt August zwrócił zamek hospodarowi Aleksandrowi IV. W 1572 bronił się w Chocimiu wojewoda Mikołaj Mielęcki, odpierając ataki wojsk tureckich i tatarskich oraz utrzymując pozycję do czasu przybycia posiłków i hetmana wielkiego koronnego Jerzego Jazłowieckiego. W 1595 roku w związku z kolejnymi zawirowaniami na mołdawskim tronie, Turcja podjęła decyzję o likwidacji resztek samodzielności Mołdawii, w związku z czym hetman Jan Zamoyski podjął akcję zbrojną w wyniku której wyparł bez walki 200 osobową załogę węgierską z zamku w Chocimiu i osadził na mołdawskim tronie Jeremiego MohyłęMarek Plewczyński, Wojny i wojskowość polska XVI wieku, Tom III, lata 1576-1599, wydawnictwo Napoleon V, s.