Continuando con el estudio de Francisco Layna Serrano, éste describe e ilustra la hipótesis de que hubiera una muralla (s. XV o XVI) en Villel de Mesa que rodeara el castillo y el caserío. El autor se basa en la existencia de «varios trozos de lienzo almenado […] entre las casas» y en «alguna puerta», dicha puerta estaría formada por la semitorre que presenta el lateral occidental del palacio. En la plaza mayor existe un arco que quizá sería otra entrada al pueblo.
La hipotética muralla se extendería desde el palacio a la pared de la peña, bajo la torre del Mediodía; y al otro lado del edificio, desde la semitorre cilíndrica, hasta la torre del homenaje del castillo, bordeando el caserío de entonces y continuando al otro lado del peñasco. Actualmente no se pueden identificar los restos de muralla.