Τα τείχη της Νικόπολης εντάσσονται στο οικοδομικό πρόγραμμα της εποχής του Αυγούστου και παρουσιάζουν ομοιόμορφη εικόνα ως προς την τεχνική δόμησης και τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν. Είναι κτισμένα με χυτό λιθόδεμα στον πυρήνα και μεγάλους οπτόπλινθους σε επάλληλες σειρές στις όψεις. Σε όλο το μήκος τους τα τείχη έχουν πάχος 2,50μ., εκτός από τα σημεία όπου δημιουργούνται γωνίες και τις πύλες, των οποίων το πάχος αυξάνεται στα 4,60μ. Έχουν πολυγωνική κάτοψη και περικλείουν έκταση 1400 στρεμμάτων, ενώ η περίμετρός τους υπολογίζεται στα 5000μ.
Η πορεία του τείχους παρακολουθείται με ακρίβεια στο βόρειο και το νότιο σκέλος τους. Από το δυτικό σκέλος διατηρούνται κατάλοιπα στο νότιο τμήμα του, δηλαδή νότια της κεντρικής Δυτικής Πύλης, ενώ στα βόρεια της πύλης δεν εντοπίζονται ίχνη του. Κατά πάσα πιθανότητα το τμήμα αυτό δεν ολοκληρώθηκε ποτέ, γι’ αυτό, αργότερα, τα διαστήματα ανάμεσα στους πεσσούς του Υδραγωγείου, οι οποίοι έβαιναν παράλληλα με τη νοητή πορεία του τείχους, σφραγίστηκαν με πρόχειρα κατασκευασμένους τοίχους. Την επέμβαση αυτή ανάμεσα στους πεσσούς, επέβαλε προφανώς κάποια κατάσταση έκτακτης ανάγκης, πιθανότατα μια εχθρική επίθεση, όπως δείχνει και το οικοδομικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε, στο οποίο περιλαμβάνονται σπόλια (αρχιτεκτονικά μέλη από διάφορα οικοδομήματα, θραύσματα αγαλμάτων ακόμη και θραύσματα επιγραφών). Από το ανατολικό σκέλος της ρωμαϊκής οχύρωσης σώζεται μόνο το τμήμα βόρεια της Ανατολικής Πύλης, πάνω στο οποίο κτίστηκε αργότερα το παλαιοχριστιανικό τείχος, ενώ στα νότια της Ανατολικής Πύλης η πορεία του τείχους δεν είναι σαφής.
Στα αυγούστεια τείχη, μολονότι αυτά αποτελούν ένα μεγάλο και πολυδάπανο έργο, δεν εφαρμόστηκαν με συνέπεια οι κανόνες της οχυρωματικής αρχιτεκτονικής, γεγονός που τους προσδίδει διακοσμητικό μάλλον παρά αμυντικό χαρακτήρα. Η αναδιοργάνωση του στρατού από τον Αύγουστο και η ειρήνη που επικράτησε στην απέραντη αυτοκρατορία μετά τη ναυμαχία του Ακτίου, η πολυδιαφημισμένη Pax Romana, εξασφάλιζε την προστασία της Νικόπολης και καθιστούσε περιττή την οχύρωση. Η οικοδόμηση των τειχών αποσκοπούσε στην προβολή της ρωμαϊκής κυριαρχίας και την έμπνευση αισθήματος ασφάλειας και κοινωνικής συνοχής στους κατοίκους της πόλης, οι οποίοι προέρχονταν από τειχισμένα αστικά κέντρα και μικρότερους οικισμούς της ευρύτερης περιοχής.
Σε όλο το μήκος του τείχους έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα πέντε πύλες, η Βορειοδυτική, η Δυτική, η Νοτιοδυτική, η Νοτιοανατολική η Ανατολική. Εντοπίζονται και δυο πυλίδες, μία στο δυτικό τμήμα του βόρειου σκέλους και μια δεύτερη στο βόρειο τμήμα του ανατολικού σκέλους, ενώ πύλες πρέπει να υπήρχαν και σε άλλα σημεία του, όπως στην κατάληξη του cardo που περνά μπροστά από τη Βασιλική B. Με εξαίρεση τη μνημειακή τριπλή Δυτική Πύλη, οι υπόλοιπες είχαν παρόμοια διαμόρφωση: ένα τοξωτό άνοιγμα πλαισιωμένο με δύο ημικυκλικούς πύργους.
Η Δυτική Πύλη ή «Αραπόπορτα», από την οποία σήμερα διακρίνονται ερείπια, εν μέρει καταχωμένα, αποτελούσε την κύρια και εντυπωσιακότερη είσοδο της πόλης. Εδώ κατέληγε ο δρόμος που ξεκινούσε από το λιμάνι στις ακτές του Ιονίου και από εδώ ξεκινούσε η λεωφόρος (decumanus maximus), η οποία διέσχιζε την πόλη στον εγκάρσιο άξονά της και οδηγούσε τον επισκέπτη στο κέντρο της. Η πύλη, που διέθετε τρία τοξωτά ανοίγματα, ένα κεντρικό για την κίνηση των τροχοφόρων, και δύο πλευρικά για τη διέλευση των πεζών, πλαισιωνόταν από δύο ημικυκλικούς πύργους, ο βόρειος από τους οποίους διατηρείται σε αξιόλογο ύψος. Σύμφωνα με αρχαιολογικές έρευνες στην περιοχή, πάνω από την πύλη περνούσε ο αγωγός του Υδραγωγείου, η διαδρομή του οποίου συνεχιζόταν προς Ν πάνω σε πεσσούς. Με τη Δυτική Πύλη έχει ταυτισθεί η τριπλή πύλη που απεικονίζεται σε νομισματικές εκδόσεις της εποχής του Αδριανού. Έξω από την πύλη εκτεινόταν η Δυτική Νεκρόπολη.
Η Βορειοδυτική Πύλη αποτελούσε την αφετηρία σημαντικού πλακοστρωμένου δρόμου με κατεύθυνση Β-Ν, ο οποίος διέσχιζε την παρακείμενη Βόρεια Νεκρόπολη και εν συνεχεία το προάστειο, καταλήγοντας κατά πάσα πιθανότητα στο Τρόπαιο της νίκης. Η πύλη, που έχει πλάτος 4,60μ., είναι ενισχυμένη εκατέρωθεν με δύο ημικυκλικούς πύργους. Μικρές, έκκεντρες πυλίδες εξασφάλιζαν την πρόσβαση στο εσωτερικό τους. Δεξιά και αριστερά της πύλης, και σε μήκος ίσο με το άνοιγμά της, σχηματίζονται δύο ισχυρότατοι πεσσοί, τετράγωνης κάτοψης, με ασβεστολιθικές λιθοπλίνθους στη βάση τους, οι οποίες προέρχονται από αρχαιότερα οικοδομήματα της ευρύτερης περιοχής. Έξω από την πύλη εκτείνεται η Βόρεια Νεκρόπολη.
Από την Ανατολική Πύλη διερχόταν ένας ακόμη decumanus, ο οποίος, αφού διέσχιζε την Ανατολική Νεκρόπολη, κατέληγε στις ακτές του Αμβρακικού. Η πύλη στην αρχική της μορφή ήταν ενισχυμένη με δύο ημικυκλικούς πύργους, οι οποίοι, μετά την καταστροφή τους αντικαταστάθηκαν με νέους, ορθογώνιας κάτοψης, κατασκευασμένους από υλικό σε δεύτερη χρήση. Ανακατασκευές πραγματοποιήθηκαν και στο άνοιγμα της πύλης. Η άμεση γειτνίαση της πύλης με τις ακτές του Αμβρακικού και το επίπεδο έδαφος έξω από αυτή την καθιστούσε ιδιαίτερα χρήσιμη, αλλά και ιδιαίτερα ευάλωτη, όπως διαπιστώνεται από την ολοκληρωτική καταστροφή και την ανακατασκευή της.
Από τη Νοτιοανατολική Πύλη, στην οποία κατέληγε ένας από τους cardines (συμπίπτει εν μέρει με τη σύγχρονη Εθνική Οδό Ιωαννίνων-Πρέβεζας), άρχιζε ο δρόμος που οδηγούσε στο κύριο λιμάνι, στη θέση Βαθύ. Η πύλη πλαισιώνεται από δύο ημικυκλικούς πύργους. Ο καλύτερα διατηρημένος ανατολικός πύργος σώζει έκκεντρη τοξωτή πυλίδα που οδηγούσε στο εσωτερικό του. Κτιστή κλίμακα, σε επαφή με τον ανατολικό τοίχο του, εξασφάλιζε την πρόσβαση στο δώμα και τον περίδρομο. Προσκτίσματα, βόρεια του πύργου, ερμηνεύονται ως φυλάκιο και χώροι διαμονής του προσωπικού. Το μεγαλύτερο τμήμα του πύργου είναι κατεστραμμένο. Στο εσωτερικό και των δύο πύργων βρέθηκαν πολλά πήλινα πλακίδια που είχαν χρησιμοποιηθεί στην επίστρωση των δαπέδων τους, σε σχήμα ψαροκόκκαλου (opus spicatum). Οι ανασκαφικές έρευνες στην περιοχή της πύλης αποκάλυψαν τμήμα της Νότιας Νεκρόπολης.
Στη Νοτιοδυτική Πύλη, που διατηρείται αποσπασματικά, αναγνωρίζονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των υπόλοιπων πυλών. Από τον δυτικό πύργο σώζεται τμήμα του δυτικού τοίχου, η αρχή του τόξου, και τρεις βαθμίδες της πλινθόκτιστης κλίμακας στη βορειοδυτική του γωνία. Πυλίδα οδηγούσε στο εσωτερικό του. Αργότερα ο πύργος ανακατασκευάστηκε και απέκτησε ορθογώνια κάτοψη, από οικοδομικό υλικό σε δεύτερη χρήση. Επισκευές και μετατροπές διαπιστώθηκαν και στον ανατολικό πύργο. Εσωτερικά και παράλληλα του τείχους, στην περιοχή της πύλης, διακρίνονται πεσσοί του Υδραγωγείου.
