החומה השלישית: העיר המשיכה להתפתח צפונה גם בימי בית הורדוס. על פי יוסף בן מתתיהו, המלך אגריפס הראשון התחיל בבנייה של חומה נוספת, שלישית, לעיר כדי להגן על רובע המגורים שקם מצפון לחומה השנייה. יוסף בן מתתיהו מספר שהבנייה הופסקה על ידי השלטון הרומי, מחשש שהשלמת בניית החומה תהפוך את ירושלים לעיר שלא ניתן לכבוש אותה, וכיוון שאגריפס חשש שהקיסר הרומי קלאודיוס יחשוד בו שהוא מתכנן מרד כנגדו. השלמת החומה נעשתה בחופזה על ידי ממשלת המרד כהכנה למצור הרומי בעת המרד הגדול.
תוואי החומה השלישית שנוי במחלוקת – למרות שקטעי חומה חזקה השייכת לתקופה המתאימה, ובה מגדלים הפונים צפונה, התגלו כ-450 מ' מצפון לחומת העיר העתיקה בת ימינו באזור שכונת מוסררה. רוב החוקרים מקבלים את שחזור החומה השלישית בתוואי זה, אך כמה חוקרים, כמו קתלין קניון, שחזרו את החומה השלישית בקו חומת העיר העתיקה של ימינו. דעת מיעוט זו צריכה להתמודד גם עם העובדה שאבני הבנייה מתקופה זו בקו חומת העיר העתיקה נמצאו בשימוש משני, וגם עם הסבר אחר לקו החומה שהתגלה. ההצעות שחוקרים אלו העלו, שמדובר בחומת מחנה הליגיון או בדייק שטיטוס בנה סביב ירושלים. שרידים נוספים של החומה השלישית ביחד עם ממצאי מצור ולחימה התגלו בחפירות שנערכו בשנת 2016 במגרש הרוסים. שרידים אלה ביססו את שחזור תוואי החומה השלישית.
השחזור המקובל של החומה השלישית רואה אותה מתפצלת מהחומה הראשונה במגדל היפיקוס, שניצב בפינה הצפון-מערבית של החומה הראשונה, ונמשכת לצפון-מערב על קו הרכס של הגבעה הצפון-מערבית עד לאזור מגרש הרוסים של היום. שם, על פי תיאורו של יוסף בן מתתיהו, ניצב מגדל פסיפנוס שהיה מגדל מתומן (בעל שמונה צלעות) וגבוה. משם פנתה החומה מזרחה לאורך קטעי החומה עם המגדלים שנחשפו עד לאזור שמצפון למוזיאון רוקפלר, ומשם דרומה, לאורך עמק הקדרון עד למפגש עם החומה הראשונה בפינה הצפון-מזרחית של הר הבית.