Il s’agit d’armes bien plus élaborées, lourdes et difficiles à manœuvrer, qui nécessitaient souvent une équipe complète de servants — de véritables techniciens formés et entraînés à leur maniement. Leur transport était complexe. Aussi, le plus souvent, seules les pièces les plus sophistiquées étaient acheminées sur des chariots ; les autres étaient fabriquées sur place, à partir d’arbres abattus puis taillés en grumes (troncs droits ébranchés) ou en poutres. La présence d’un forgeron s’avérait fréquemment indispensable.
Parmi les plus connues figurent la catapulte romaine et le bélier destiné à enfoncer les portes. Il en existait toutefois une grande diversité, selon le degré de technicité requis et les savoir-faire disponibles à chaque époque. Ainsi, l’échelle d’assaut, la catapulte, l’onagre et la baliste relèvent des formes les plus anciennes et relativement simples.
La catapulte a connu d’importantes évolutions : elle a été perfectionnée puis supplantée par le mangonneau, avant de laisser place au trébuchet (ou perrière) et au couillard. De même, la baliste a évolué pour donner naissance à l’espringale.
À ces machines d’attaque s’ajoutaient de nombreux autres dispositifs, parfois destinés à protéger les engins ou les fantassins : beffroi, tonnelon, mantelet…
Enfin, à l’ensemble de ces dispositifs mobiles employés par les assaillants lors des sièges répondaient les aménagements fixes des défenseurs — tours de guet, douves, hourds — relevant davantage de l’architecture militaire que des machines de guerre proprement dites.