Nel 1805 vennero avviati i lavori spianando il vecchio borgo e realizzando il primo nucleo del forte, che venne rinforzato alle spalle dalla presenza di nuove batterie su palafitte a guardia dei canali navigabili, che si aggiungevano alle preesistenti fortificazioni veneziane. L'opera fortificata venne rivista un anno dopo e previde la realizzazione di sei nuovi bastioni esterni, di un doppio fossato di cinta e di dueridotti laterali: uno lungo il canale Osellino ed uno lungo il canale Brentella. Dei due ridotti laterali però fu realizzato solamente il forte stellato di Campalto, che controllava la fondamentale chiusa dalla quale inondare le campagne attorno a Marghera. Un nuovo attacco austriaco venne condotto nel 1813, quando Venezia venne sottoposta ad un duro assedio. Nonostante il forte fosse capace di arrestare l'aggressione, il collasso generale dell'Impero francese fece sì che Marghera fosse ceduta il 16 aprile 1814 agli austriaci, che ne presero possesso il 26 aprile. Tornato in mano asburgica, il forte venne rinforzato con la creazione di un nuovo canale navigabile attorno alla cinta esterna, mentre d'altro canto si portavano a termine le opere avviate dai francesi. Nel 1842 gli austriaci completarono la nuova ferrovia Ferdinandea che, attraverso la laguna su un lungo ponte ferroviario, raggiungeva Venezia: la strada ferrata venne fatta passare a breve distanza dai bastioni del forte, per non intralciarne il tiro e per fungerne da via di rifornimento. Il 22 marzo 1848, mentre nei generali moti insurrezionali risorgimentali la popolazione di Venezia, insorta, occupava l'Arsenale e proclamava la Repubblica di San Marco con a capo Daniele Manin e Niccolò Tommaseo, gli abitanti di Mestre, con l'aiuto dei lavoratori della ferrovia, costrinsero la guarnigione austriaca a cedere la fortezza di Marghera. Nel giugno 1849, però, l'esercito austriaco, vittorioso sul fronte occidentale contro le forze del Regno di Sardegna, si volse contro la repubblica di Manin. Accampatasi a Mestre, l'armata asburgica strinse d'assedio Marghera, dove erano asserragliati 2500 patrioti, in gran parte volontari provenienti dalle più disparate regioni d'Italia. Dopo un lungo periodo di stasi, all'alba del 27 ottobre le forze veneziane, uscite in massa dal forte, assaltarono Mestre, liberandola dagli austriaci: era la Sortita di Forte Marghera. L'operazione ebbe però effetti solo temporanei, rioccupato il borgo, gli austriaci si apprestarono a schiacciare la resistenza del forte, stringendolo d'assedio con un'armata di quasi 30.000 uomini martellandolo duramente con l'artiglieria, sino a che il 27 maggio le truppe asserragliate abbandonarono la posizione ritirandosi verso Venezia. Questa, ormai protetta solo dalle acque della laguna, stretta da terra e dal mare e vulnerabile ai tiri dell'artiglieria austriaca, capitolò infine il 22 agosto 1849.
