W 1453 roku upadł Konstantynopol. Republika Wenecka przedsięwzięła środki mające na celu wzmocnienia Arsenału wobec zagrożenia, jakie stwarzała dla niej flota turecka, operująca na Morzu Śródziemnym. Przebudowano kilka warsztatów okrętowych i wzniesiono dwie nowe manufaktury. Około 1460 roku rozpoczęto budowę zbrojowni i odlewni dział. Wzniesiono monumentalne wejście do Arsenału – Porta di Terra, zwane również Porta Magna dell’Arsenale. Wzorem architektonicznym był tu Łuk Sergiusza w Puli. Porta Magna stała się pierwszym przykładem nowego języka architektonicznego, nawiązującego do wzorców klasycznych.
Trzeci etap rozbudowy thumb|240px|Jacopo de’ Barbari, fragment widoku perspektywicznego Wenecji (1500) – Stary Arsenał z Bucentaurem W roku 1473 rozpoczęto trzeci etap rozbudowy, który trwał do 1573 roku. Po przyłączeniu i zagospodarowaniu kolejnej partii mokradeł o powierzchni 8 ha, położonych na północ od nowego doku, podjęto budowę Najnowszego Arsenału (Arsenale Nuovissimo) wraz z dokiem na 80 galer. W latach 1524–1526 ze względu na potrzeby artylerii zbudowano nowe odlewnie żelaza i brązu.