I 1865-68 blev fortet ombygget og forstærket både som følge af Søbefæstningsloven af 1858 og som en del af Københavns storstilede nye befæstning, der skulle omkranse hele byen både til lands og til vands.
Anlæggelsen af Københavns Befæstning havde været et omstridt politisk emne, nærmest siden det ødelæggende bombardement af byen i 1807, hvor Danmark mistede hele sin flåde til englænderne. Opførelsen af befæstningen fik sit endelige politiske og folkelige rygskub efter det sønderjyske nederlag i 1864, og byggeriet strakte sig fra slutningen af 1800-tallet og frem til 1918.
Ved disse befæstningsarbejder valgte Ingeniørkorpset i stor udstrækning at bruge et forholdsvist nyt og uprøvet byggemateriale – nemlig beton. Inden man gik i gang med at bygge de nye søbefæstningsanlæg, gennemførte man omfattende skydeforsøg mod prøveanlæg udført i jord, mur, granit og beton, hvorefter valget faldt på jord og beton.
Trekroner blev ud- og ombygget med adskillige ammunitionsmagasiner, briske samt øvrige forstærkninger af forsvarsværket. Derudover opførtes også den karakteristiske kasematbygning på fortets afstumpede spids. Den underste etage var indrettet med køkken og beboelse for de menige soldater i krigstid, imens hovedetagen i midten benyttedes til indkvartering og ophold for officererne mod vest samt skytskasematter mod øst. Disse skytskasematter blev dog hurtigt taget ud af brug igen, da det viste sig, at trykket fra kanonerne ikke kunne komme ud af bygningen. På den øverste, delvist bebyggede etage var der to åbne batterier, tre ammunitionsmagasiner, to officerskamre samt kikkerttårnet.
I 1898-99 blev bygningen ombygget igen; skydeskårene i skytskasematterne blev muret til, og der blev bygget et beskyttende brystværn af jord og sten op foran den underste etage af kasematbygningen.
Fortet kom aldrig rigtigt i krig, selvom det under 1. Verdenskrig var bemandet af op til 750 mand. Efterfølgende blev Trekroner benyttet som skolefort for kystartilleriet, indtil det blev nedlagt som fort i 1932.
I 1934 blev det solgt til Københavns Havnevæsen. De udlejede det til Kystartilleriforeningen, der indrettede øen til et folkeligt udflugtsmål, hvor man om sommeren kunne nyde revyer, restaurantbesøg, biografture og andre forlystelser.
Forlystelsesetablissementet blev nedlagt som følge af 2. Verdenskrig, hvor fortet blev brugt af tyskerne som øvelsesanlæg. Indvendigt ses stadig resterne af et kort over det Tyske storrige, malet på en væg.
I 1983-84 blev fortet fredet og solgt til Statens Bygningsfredningsfond for det symbolske beløb: 3 kroner. Efterfølgende blev de stærkt forfaldne bygninger og bygværker restaureret.
Omkring 2009 blev Trekroner igen restaureret som en del af et omfattende synliggørelses- og formidlingsprojekt om hele Københavns Befæstning. I den forbindelse blev bl.a. alle døre og vinduer genskabt efter originale modeller, og betonen blev nedfaldssikret.
Fortet er i dag offentligt tilgængeligt og er igen et udflugtsmål for københavnerne i sommerhalvåret, med bl.a. cafe og selskabslokaler indrettet i de to beboelseshuse.