Ένα από τα σημαντικά μνημεία της πόλης του Δίου που αποδεικνύουν την οικονομική της ευρωστία και τη δύναμή της αποτελούν τα τείχη της πόλης. Ο οχυρωματικός περίβολος της πόλης είχε κανονικό τετράγωνο σχήμα και ακολουθούσε το πολεοδομικό σχέδιό της. Το συνολικό μήκος του ξεπερνούσε τα 2.600 μ. Οι τρεις πλευρές των τειχών ακολουθούσαν ευθύγραμμη πορεία, ενώ στην ανατολική η κανονικότητα της τετράγωνης κάτοψης διαταρασσόταν από ένα μακρόστενο πρόβολο, ο οποίος φαίνεται να διέκοπτε τη ροή του ποταμού Βαφύρα. Το πάχος του τείχους έφτανε τα 3 μέτρα, ενώ η πορεία του διακοπτόταν κατά διαστήματα από τετράγωνους πύργους, οι οποίοι παρείχαν αποτελεσματικότερη προστασία.

Στον οχυρωματικό περίβολο της πόλης διακρίνονται δύο φάσεις κατασκευής. Στην πρώτη φάση χρησιμοποιήθηκε υλικό από τον Όλυμπο, κροκαλοπαγείς λίθοι με ελαφρά κυρτή όψη. Το άνω τμήμα του τείχους ήταν κατασκευασμένο από ωμές πλίνθους. Μέχρι σήμερα έχουν αποκαλυφθεί πέντε πύλες, οι οποίες βρισκόταν στο πέρας των βασικών αρτηριών της πόλης. Η καλύτερα διατηρημένη είναι η βόρεια πύλη. Δύο ισχυροί πύργοι την πλαισιώνουν στο εξωτερικό της και απέχουν μεταξύ τους 33 μ. (100 πόδια). Στο εσωτερικό της υπάρχουν δυο μικρές αυλές, η μία μετά την άλλη, για πρόσθετη ασφάλεια. Η πρώτη φάση του τείχους χρονολογείται στα τέλη του 4ου αι. π.Χ.

Τα τείχη αυτά επισκευάστηκαν από τον Περσέα, τον τελευταίο Μακεδόνα βασιλιά. Μετά την ήττα του από τους Ρωμαίους το 167 π.Χ. στην Πύδνα και την οριστική κατάκτηση της Μακεδονίας, τα τείχη της πόλης καταστράφηκαν ολοκληρωτικά. Το υλικό τους χρησιμοποιήθηκε για άλλους σκοπούς.

Στα τέλη του 3ου αι. μ.Χ., κατά τη διάρκεια βαρβαρικών επιθέσεων στην περιοχή, οι κάτοικοι της πόλης αναγκάστηκαν να χτίσουν καινούργιο οχυρωματικό περίβολο πάνω στα υπολείμματα του παλιού, για να προστατεύσουν την πόλη τους. Τα τείχη αυτής της δεύτερης φάσης, συνολικού μήκους 1.600 μ., ήταν εμφανώς μικρότερα και διέθεταν θεμέλια από αργούς λίθους. Το κάτω τμήμα τους ήταν κατασκευασμένο από μεγάλους γωνιόλιθους από άλλα μνημεία, ενώ το άνω τμήμα χτίστηκε με λίθους που δένονταν από ζώνες πλίνθων. Η οχύρωση του Δίου ανανεώθηκε για τελευταία φορά τα παλαιοχριστιανικά χρόνια, όταν περιορίζεται και η έκταση της πόλης.