W XVI wieku skonstruowano specjalną budowlę do przechowywania Bucentaura.
Czwarty etap rozbudowy W latach 1535–1540 po przyłączeniu terenu położonego na północny zachód od Najnowszego Arsenału, należącego do klasztoru Celestia, zrealizowano czwarty etap rozbudowy kompleksu. Wzniesiono nowe prochownie, a po zakupie kolejnej partii gruntów klasztoru Celestia w 1564 roku, połączono Najnowszy Arsenał ze Starym Arsenałem. W latach 1561–1564 zbudowano odlewnię dział i przebudowano zbrojownię. Duży wybuch w prochowni położonej w pobliżu klasztoru Celestia w 1568 roku spowodował poważne uszkodzenie muru granicznego oraz kilku obiektów na terenie klasztoru.
Piąty etap rozbudowy W 1569 roku, w ramach piątego etapu rozbudowy Arsenału, zbudowano nowy dok do montażu nowego typu okrętów – galeasów. W 1571 roku koalicja państw chrześcijańskich odniosła w bitwie pod Lepanto zwycięstwo nad Turcją; znaczący wkład w zwycięstwo wniosła flota wenecka.
W latach 1579–1585 pod kierunkiem Antonia da Ponte przebudowano warsztat lin okrętowych. W 1591 roku zrealizowano monumentalny portal, umożliwiający dostęp do zbrojowni i warsztatu artylerii.