Στις αρχές του 20ού αιώνα επεμβάσεις πραγματοποιήθηκαν στο δώμα του φρουρίου με σκοπό να διαμορφωθούν χρηστικά κτίσματα για την εξυπηρέτηση του φαροφύλακα και των ναυτοπροσκόπων. Γύρω στο 1920 η Λιμενική Επιτροπή Ηρακλείου εγκατέστησε στο δώμα του φρουρίου στύλους ρεύματος και ένα γερανό, που κατέπεσε κατά τους βομβαρδισμούς του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Την ίδια περίοδο, όπως προκύπτει από φωτογραφίες της εποχής, η βορειοανατολική πλευρά του μνημείου είχε υποσκαφεί από τις καιρικές συνθήκες. Το πρόβλημα αντιμετωπίστηκε με την επέκταση του λιμενοβραχίονα.

Οι πρώτες επεμβάσεις αποκατάστασης του φρουρίου πραγματοποιήθηκαν το 1959 υπό την επίβλεψη του επιμελητή αρχαιοτήτων Στυλιανού Αλεξίου και περιελάμβαναν την καθαίρεση των επάλξεων της οθωμανικής περιόδου - οι οποίες ήταν ετοιμόρροπες- με σκοπό την ανακατασκευή τους, την κατεδάφιση κάποιων νεωτερικών προσκτισμάτων, τον καθαρισμό κυρίως της νότιας και ανατολικής πλευράς του δώματος από τις επιχώσεις και την αποκατάσταση ορισμένων κανονιοθυρίδων. Η καθαίρεση των προσθηκών στη δυτική και βορειοδυτική πλευρά του δώματος πραγματοποιήθηκε το 1969 υπό την επίβλεψη του επιμελητή Μανόλη Μπορμπουδάκη. Συστηματικότερες εργασίες αποκατάστασης πραγματοποιήθηκαν με την επιμέλεια του ιδίου από το 1972 έως το 1975, σύμφωνα με την εγκεκριμένη μελέτη του αρχιτέκτονα Α. Λαμπάκη με τίτλο «Τουριστική αξιοποίηση Φρουρίου Κούλε και Ενετικού Λιμένα Ηρακλείου». Στόχος ήταν η τουριστική αξιοποίηση του φρουρίου και της ευρύτερης περιοχής του λιμένα Ηρακλείου. Στα πλαίσια αυτά αποκαταστάθηκαν οι κανονιοθυρίδες και ο διάδρομος των επάλξεων, πλακοστρώθηκε το δώμα και κατασκευάστηκαν τα προστατευτικά στηθαία των φωταγωγών, κατασκευάστηκε το κτήριο στη βόρεια πλευρά του δώματος για να φιλοξενήσει χώρους υγιεινής, διαμορφώθηκε το δυτικό κτήριο για να χρησιμεύσει ως σκηνικό θεατρικών παραστάσεων για τον υπαίθριο θεατρικό χώρο και οι προσόψεις των βοηθητικών χώρων της νότιας πλευράς. Στο ισόγειο καθαρίστηκαν οι θολωτές αίθουσες από τις μεταγενέστερες επιχώσεις, διαμορφώθηκαν και πλακοστρώθηκαν τα δάπεδα, τοποθετήθηκαν κουφώματα και μηχανολογικές εγκαταστάσεις. Επίσης αποκαταστάθηκε η εξωτερική όψη της νότιας πλευράς του φρουρίου και πραγματοποιήθηκαν εργασίες αποκατάστασης της προσπέλασης του φρουρίου από τον ενετικό λιμενοβραχίονα.

Το 2002 πραγματοποιήθηκαν από την 13η Ε.Β.Α. εργασίες στερέωσης του στηθαίου των επάλξεων και το 2007 έγιναν εργασίες αποκατάστασης των ύφαλων σπηλαιώσεων (ή τεχνητών διαμπερών υποθαλάσσιων στοών), βάση μελέτης που εκπονήθηκε από τον ΟΑΝΑΚ για τον Οργανισμό Λιμένος Ηρακλείου.