隆庆二年（1568年）七月，朝堂之上发生重大变故，徐阶退休归乡，李春芳继任内阁首辅。他对张居正非常倚重，将边塞防御等重要事务交由张居正负责，这对戚继光来说绝对是一个利好。
有张居正在内阁中为戚继光奔走，再加上隆庆帝也对戚继光印象颇佳，看了戚继光的上疏后便晓谕兵部：“蓟镇已设有总兵，又委派总理，事权分散，遇事互相推诿，彼此观望，宜召还总兵郭琥，转任继光。”
隆庆二年(1568年)十月，兵部遵皇帝旨意，下令召还郭琥，任命戚继光为蓟镇总兵官，镇守蓟镇、昌平、山海关一线长城边防。同时，隆庆帝还以他在浙、闽抗倭的前功，升任他为右都督（正一品），此时戚继光四十二岁。至此，一镇二帅的局面算是解决了。对于戚继光训练边兵和整修长城的建议，兵部也都予以批准，但却否决了南兵北调的建议。
戚继光由总理练兵改为镇守蓟镇、昌平、山海诸处总兵官，心中自然不快，他并不是在乎官位的大小，而是去了“总理”之衔后，他的权力实际上只限于镇守蓟镇等处，其训练边兵的范围和效果也就大打折扣了。为此他专门写信向张居正汇报自己的想法，表达了自己的担忧。
张居正和戚继光感情深厚，他欣赏戚继光的爱国情怀与军事才能，愿意尽力为其创造施展才能的环境。于是授意谭纶上疏向朝廷陈情，再由自己在内阁进行斡旋，并说服吏部尚书杨博，使朝廷以特旨的形式，破例授予戚继光为蓟镇总兵官兼总理练兵事务。从此，戚继光便在蓟镇担负起了练兵与镇守的双重重任。从中也可以看出张居正对戚继光的重视和厚待。
前文我们曾多次说过戚继光是一个很重现实的人，当他发现练兵十万横扫漠北的设想无法实现后，便从现有的条件出发，确定了以守为主的战略，将重心放在加强北边防御力量的建设上，以阻止鞑靼的南犯。
蓟镇面对的主要敌人是西部的俺答、东部的土蛮、朵颜三卫等部，他们听说戚继光镇守蓟镇后，也被他在南方抗倭的战绩所震慑，一时不敢进犯，蓟镇迎来了难得的一段和平期。戚继光利用这一大好时机，抓紧整修长城，所以他上任初期，便以筑长城，建敌台为主，只在闲暇时辅以练兵。
为了修好长城，戚继光一上任就巡视塞上，亲历山川险阻，考察长城毁损情况。蓟镇所辖的这段长城，东起山海关，西至居庸关，绵延二千余里，越山跨谷，蜿蜒曲折。他根据燕山山脉自西而东横贯境内、高低起伏、沟深谷窄的情况，确定了整修长城的基本思路:以山岭为依托，以重要关隘城堡为核心。
戚继光在巡视中看到，长城墙垣低矮且多处坍塌，鞑靼诸部的侵袭，时常由长城的缺口突入边内烧杀抢掠，对京畿的安全形成很大威胁，他深深感到整修长城迫在眉睫。
于是他于隆庆二年(1568年)十月再次上疏朝廷修葺边墙，建设墩台，获得了隆庆帝的批准和内阁的支持。
隆庆三年(1569年)春，他亲督士卒，根据具体的地形特点，增加城墙的厚度、高度，修补了坍塌的墙垣，还在长城两面建设垛口，在外墙下修筑短坡，把险要地段的长城进一步加固，并在长城内沿线设马道，以便军马通行。
戚继光在这次修筑长城中，还大量引入了在福建创建的空心敌台，并根据蓟镇地形的特点改进了设计，进一步完善了功能。这种新型敌台与原有的敌台大不相同，以前的小台相互间不联络，没有呼应，且内部为实心，无法贮存军器火药，士兵只能立于台上，面对敌人的攻击，无处藏身，防守难度很大。
而空心敌台有大小两种类型，大台一般建筑在险要地段，依托于在山脊之上，高三至五丈，宽十二丈至十八丈，内设三层，上层建有楼橹，环以垛口，用以嘹敌，中层是空心的，四面设箭窗，用以攻敌，下层放置武器、杂物，可供百人休息；小台一般依附与城墙，突出城墙外约一丈，高出城墙约一丈五，为两层结构，上层瞭敌和攻敌，下层宽敞，设有箭窗，即可攻敌，也可放置杂物及供十名士兵休息，其形状有方的也有圆的，大都突出于城墙之外，方便守卫的士兵射击。
戚继光根据地势确定敌台的高低、大小和间距。一般来说几百步建一台，各台之间相互声援。每台住精壮士兵十名，设百总一名，负责攻守。约五台设一把总，约十台设一千总，节节而制之。台中贮备必要的火器、弹药和军粮。在两台之间空处，另拨兵五十名防守，并在敌台附近建置军营，实行屯田，以供士兵粮草之需。
空心敌台是戚继光的创举，是其在北疆戍边生涯中的突出杰作和重要功绩之一。在实战中有着积极而有效的作用，首先可以举烽火示警，使左右的敌台都能够有所警惕，上层瞭敌的士兵见烽火起，立即就能呼叫台中士兵登台应战，在中层施放铳箭，使敌骑无法近台，迟滞敌人的进攻；即使万一敌人攻破城墙，台中士兵可以作为独立的战斗单位，据台坚守待援，也可展开反击，牵制敌人，使敌人不敢深入。一改以前长城一旦失守就一溃千里的颓势，不会轻易丧失战略上的主动权，从而使长城的防御力量大增。
隆庆三年(1569年)夏天，戚继光开始动工兴建空心敌台。即使这种明代首创的边防工程，同样遭到一些保守派官员的非议。
先是一些边将持反对意见，说空心敌台华而不实，不能有效阻挡敌人攻势，弄得人心摇动，都在观望。恰好此时戚继美调任山东备倭都指挥佥事，率领备倭兵到蓟镇轮调戌守。戚继光便安排他们参与修建敌台，戚继美率士卒们认真修造，仅一个多月就完成数座空心敌台。
戚继光在现场召集诸将，教授利用空心敌台作战之法，使广大将士都了解了空心敌台的优点，军心安定，各地工程才顺利地开展起来，空心敌台如雨后春笋般涌现出来。
后来又有京中官员上奏弹劾，说戚继光修建敌台劳民伤财、从中渔利，类似流言蜚语，来势汹涌。内阁大学士张居正挺身而出，力加驳斥，谭纶也上疏为戚继光尽力辩护，在他们的支持和帮助下，戚继光终于排除干扰，将建设计划顺利付之实施。
在修建长城和敌台的过程中，戚继光基本没有征用民夫，主要依靠军队力量，不仅大幅节省了朝廷军费开支，也减少人民群众的劳役负担。尽管当时遇到很多阻力和困难，但在将领们身先士卒下，士卒们热情高涨，干劲冲天，极大提高了工作效益，使竣工时间比预计提前了一年多。
同时戚继光也非常注重节俭，最终只使用了10万缗的建设经费，比原来估计的造价20万缗，节约了一半。由此可见，蓟镇长城上的砖瓦土石，都浸润了戚继光与广大将士们的血汗，也充分体现了他们的聪明才智和利国利民的精神！
戚继光向朝廷建议修空心敌台三千座，但朝廷只批准一千二百座，这些敌台于隆庆五年(1571年)全部建成完成。登高远望，长城随着地势蜿蜒起伏，其上疏密分布着敌台、关城等建筑，高低相间，崇墉密雉，雄浑精巧，蔚为壮观，宛如一条巨龙腾飞在崇山峻岭之间。
戚继光还按敌台大小配备了相应的士卒，并拟定《哨守条约》，要求士卒严格执行。同时规定了传烽火之法，为了便于记忆，他还把各种敌情信号编成朗朗上口的《传烽歌》，极大地提高的信息传递的准确性。
从此，蓟镇长城“十四路楼堞相望，二千里声势联接”，互通烽火，互相支援，有警则严加戒备，寇来则攻守结合，从而使蓟镇防御沿线固若金汤，震慑了蒙古骑兵，同时也保护了明朝的百姓。
