Der Gutshof auf dem Goldberg wurde, zusammen mit der Bergkirche und dem Friedhof, bereits im Verlauf des 9. Jahrhunderts befestigt und zur Osthofener Vogtsburg ausgebaut. Spätestens ab 1400 wurde Osthofen dann vollständig von verschiedenen Befestigungen umgeben, die den Ortskern umschlossen. Die Befestigungen bestanden aus einer festen Ortsmauer mit Brustwehren und einem davorliegenden Graben, der mit Wasser aus dem nahen Seebach gespeist wurde. Fast alle Orte im Wonnegau besaßen eine solche Fleckenmauer, die dem Schutzbedürfnis der Bewohner geschuldet war. Nur in den wenigsten Fällen war die Ortsbefestigung allerdings so massiv, wie beispielsweise die heute noch erhaltene Fleckenmauer in Dalsheim. Meist betrug ihre Höhe eher um die drei Meter, was auch für Osthofen anzunehmen ist. Solche wehrhaften Dörfer machten durchaus Sinn, denn Ackerbau, Weinbau und Handel führten im Laufe der Jahrhunderte zu einigem Wohlstand, der auf diese Weise verteidigt werden konnte.

Osthofen hatte mindestens fünf Tore, an denen man über Brücken den Graben überwinden und aus der Ortschaft ein- und ausgehen konnte. Im Norden befand sich die Bechtheimer Pforte, die auf die Straße nach Bechtheim führte. Im Osten befanden sich die kleinere Bachpforte sowie die Müllerpforte. Im östlichen Teil der Südbefestigung stand das Wormser Tor, das auf den Weg nach Worms führte, heute Herrnsheimer Straße. An das Schneller Tor im Süden der Ortsbefestigung erinnert heute noch der Straßenname „Am Schneller“. Dort befindet sich heute das Gebäude des ehemaligen Rathauses, das seit 2014 als Sitz der Verwaltung der Verbandsgemeinde Wonnegau genutzt wird. Der Name des Tores geht auf die „Torschnelle“ zurück, dem hölzernen Balken, dessen bewegliches Ende innerhalb einer steinernen Rinne auf- und abschnellte. Im Westen lag die Wider Pforte. Hier befand sich wohl lange nur ein schmaler Durchgang ins freie Feld, denn die Straße nach Westhofen wurde erst 1833 gebaut.

Die äußere Ortsbefestigung wurde besonders im 19. Jahrhundert immer weiter abgebaut. Während die Müllerpforte bereits in der Zeit nach dem Dreißigjährigen Krieg (1618 – 1648) zugemauert wurde, wurde das Schneller Tor in den 1820er Jahren abgerissen. Das Wormser Tor wurde bereits 1809 aufgegeben. In diesem Jahr überschwemmte eine massive Schneeschmelze den Ort. Das Wasser konnte nicht in den Bereich außerhalb der Mauern abfließen, da das Wormser Tor in dieser Nacht bereits geschlossen war. Der innerörtliche Bereich nahe des Seebachs stand deshalb komplett unter Wasser. Als Reaktion darauf wurde das Wormser Tor abgerissen und ein neuer Graben am heutigen Holzmühlpfad angelegt, der das Wasser schon vorzeitig ableiten sollte. Die Bechtheimer Pforte schließlich wurde 1859 beim Bau der Chaussee nach Bechtheim aufgegeben.

Zur Ortsbefestigung in Osthofen lassen sich auch die kleinen Burgen der örtlichen Ritter- und Adelsgeschlechter zählen, die sich innerhalb der Ortsmauer befanden. Die Ritter von Osthofen, genannt von Stein, waren wohl eines der ältesten Osthofener Adelsgeschlechter und sind erstmals im 13. Jahrhundert belegt. Sie besaßen an der Ostseite der Ortsbefestigung, auf dem Gebiet der heutigen Mälzerei, eine kleine Wasserburg, deren Graben vom Seebach gespeist wurde. Nach vier Generationen starb diese Linie aus und die Burg ging in den Besitz des Wormser Domstifts über. Die Burg wurde infolge des Pfälzischen Erbfolgekrieges 1682 zerstört und nicht wiederaufgebaut. Reste der alten Burgmauer finden sich noch im Fundament der Mälzereigebäude, ansonsten ist von der alten Wasserburg allerdings nichts mehr erhalten.

Über die Burg der Ritter von Spahnheim, die sich wohl im Westen des Ortes innerhalb der Ortsmauer befand, ist so gut wie nichts bekannt. Von der Burg wird berichtet, dass die Wormser 1354 das Öffnungsrecht erhielten. Das Burggebiet wurde 1441 an die Fetzer von Geispitzheim zu Odernheim und die von Werberg bei Bensheim vererbt. Die Burg wurde wohl spätestens im 17. Jahrhundert zerstört. Ein alter Brunnenschaft, der Anfang der 2000er Jahre unter dem alten Spritzenhaus gefunden wurde, könnte von dieser Burg stammen.