En ces années 1872 et 1873, les discussions du Comité de défense sur l'édifications de nouvelles fortifications jetaient les bases de ce qu'on appellera le Système Séré de Rivières . Créé par Thiers suite à la défaite de 1870 qui avait vu l'annexion par la Prusse de l'Alsace-Moselle et le versement d'une indemnité de guerre, l'urgence commandait de mettre le pays à l'abri d'un sursaut de bellicisme allemand . A cet effet, la nouvelle défense devait permettre de couvrir la formation et la concentration des armées, régler les débouchés d'invasion et contrôler les principaux noeuds de communication. L'ensemble de la position fortifiée fut âprement discutée et si le général Séré de Rivières ne pu se prévaloir d'en être l'unique concepteur, il n'en fut pas moins une personnalité influente de part ses idées précises et la justesse de ses arguments . Sa position de secrétaire de la commission, puis de directeur du génie en 1874 lui apportèrent un poids important dans les différents débats .
Si l'ensemble des frontières terrestres de la France étaient couvertes par le nouveau projet, c'est celle de l'est qui reçu la plus grande attention . La défense y fut organisée suivant une théorie exposée par Séré de Rivières, la théorie des rideaux défensifs. Deux lignes furent constituées : le rideau défensif des Hauts de Meuse et celui de Haute Moselle. Deux trouées furent également prévues entre chaque : Stenay et Charmes.
Toul avait l'avantage d'offrir une continuité géographique avec le rideau des Hauts de Meuse, de même qu'il constituait un point de passage important sur l'axe Paris - Strasbourg . La ville offrait en outre la présence d'une vieille enceinte bastionnée et pouvait de ce fait être rapidement mise en état de défense. Elle fermait également les débouchés de la forêt de Haye et la plaine de la Woévre au sud . Quatre fort furent prévus dans l'immédiat, délimitant les quatres angles de la place : Ecrouves, Domgermain, St-Michel , véritable Citadelle de toul et Villey-Le-Sec .
Le fort de Villey-Le-Sec était chargé de contrôler les débouchés de la forêt de Haye. Il occupait pour cela un site élevé en rive droite de la Moselle à 345 m d'altitude, dominant ainsi un vaste glacis s'étendant jusqu'à Gondreville ; et en bordure du ravin formé par la Moselle dans sa traversée du plateau de Haye ( 215 m d'altitude au niveau de la rivière) .
L'ouvrage fut étudié à partir du 5 décembre 1873 et déjà le site présentait de grosses difficultés puisque le village occupait l'emplacement idéal pour l'implantation du fort. Si la solution de raser le village fut évoquée, le génie du se résoudre à utiliser le site au mieux face au caractère d'urgence des travaux : la démolition du village aurait retardé d'autant le délai d'édification de l'ouvrage et surtout le coût de celui-ci.
Cependant, le projet fut lancé et dés le 24 août 1874, l'entreprise Morel, occupée à des travaux similaires à Belfort obtint l'adjudication de la maîtrise d'ouvrage. Le décret de déclaration d'intérêt public et d'urgence fut publié le 4 décembre 1874 et dés le 12 février 1875, l'exploitation de la carrière dite "de la Chalade" fut autorisée. Toutefois, les travaux durent attendre l'approbation du ministre de la guerre en date du 28 juin 1875 et celle du directeur supérieur le 1er juillet . durant ces quelques mois, le plan fut parfaitement étudié et des travaux préparatoires entrepris : établissement d'un plan incliné entre la carrière et le fort, délimitation des terrais et ébauche des actes d'expropriation.
Les travaux commencèrent le 26 juillet 1875 avant même que la question des acquisitions ne fut totalement réglées. ( les terrains des batteries Nord et Sud ne seront acquis qu'en octobre). Il s'en suivi une longue période de 4 ans de construction durant laquelle des centaines d'ouvriers travaillèrent avec hâte. On commença par l'édification des crêtes d'artillerie, puis par le creusement des fossés, ce qui permis de mettre rapidement en état de défense les batteries. Toutefois, au réduit, on du attendre la construction de la caserne puisque cette dernière supporte le parapet.
Devant ces délais assez long et suite à une crise précoce avec nos voisins, il fut décider d'établir à la fin 1875 quatre redoute à Toul, construite à la hâte sur des points pouvant servir à l'artillerie ennemie au bombardement du coeur de la place. Dans le secteur nous intéressant, les redoutes de Dommartin et de Chaudeney ( à 1 km en arrière du fort de Villey-Le-Sec) virent le jour en fortification de campagne.
Le fort de Villey-le-Sec fut achevé dans son ensemble en 1879, seule la tourelle Mougin dénommée " G ", commandée le 14 août 1878 à la société des Forges de Chatillon-Commentry ne fut installée qu'en 1882. elle nécessita la construction d'un plan incliné et d'une vois ferrée de 203 m . Le fort pouvait alors accueillir une garnison de 1301 hommes, composée de 37 officiers, 56 sous-officiers et 1208 soldats, nécessaires au services de 36 pièces de rempart, de 8 mortiers et 24 pièces de flanquement .
Si l'ensemble fut original de par sa construction, il le fut également par son prix : C'est le fort le plus cher de Toul, une facture deux fois plus élevée que le fort de Lucey qui présente un plan semblable au réduit de Villey-Le-Sec . Mais face à cette masse financière, un ensemble exceptionnel et unique . L'impossibilité d'exécuter la construction là où il aurait été souhaitable, avait conduit à fortifier l'ensemble du village et à entourer ce dernier d'une enceinte et de batteries . C'est le seul exemple de village à l'intérieur d'un fort en fortification française moderne.
Le fort de Villey-Le-Sec est un fort à enveloppe formé d'un redan encadré par deux batteries fermées à la gorge et deux éléments d'enceinte de raccordement battus par des feux d'infanterie. L'ensemble est fermé par un réduit au plan carré , organisé en fort d'arrêt et à crête unique. Construit entièrement en maçonnerie, revêtue de terre, il résistait alors à l'artillerie en service . Toutefois, la carrière du fort fut brutalement interrompue comme l'ensemble du système Séré de Rivières.
En 1885, la mélinite, découverte par Turpin, remplaça la poudre noire dans le chargement des obus, et on donna à ces derniers, une forme cylindro-ogivale. Les nouveaux projectiles réduisaient à néant les voûtes les plus solides, et pour s'en convaincre, on sacrifia le fort de La Malmaison. L'artillerie venait de rompre l'équilibre et partout, les ingénieurs militaires se remirent au travail.
Les forts ne pouvant plus contenir l'artillerie, on du disperser cette dernière dans l'intervalle . Le fort devint un point d'appui sur une ligne de défense constituée de batteries, protégées par des organisations d'infanteries. Cette mesure eût pour conséquence une infrastructure beaucoup plus lourde et l'absorption d'effectifs croissants. Il fallait préparer dès le temps de paix, la ligne des batteries principales et la protection de ces dernières nécessitait la construction d'ouvrages intermédiaires. La répartition des différents organes actifs dans l'intervalle posait la question du ravitaillement. Le transport et le stockage devenaient crucial et impliquaient l'organisation d'une ligne de soutien.
Toutefois, le fort, bien qu'ayant perdu une partie de son artillerie, conservait un rôle important : forcer l'intervalle sans prendre le fort était voué à l'échec, car il aurait été impossible de s'y tenir.
En même temps, une série d'expérience visait au renforcement des forts. L'ère du béton et des cuirassement venait de naître ; et, en 1888, une instruction complémentaire, dictée par les expériences du camp de Châlons, dicta les premières modifications à apporter aux ouvrages . Villey-le-Sec se vit ainsi adjoindre à partir du 3 juillet 1890 de quatre casernes bétonnées en béton spécial : une au réduit, une dans chaque batterie et une au redan. Le tout pour une somme de 150 000 F.
Suite à l'évolution des tactiques, et notamment l'emploi des canons à tir rapide permettant une mobilité accrue, on fut amené à reprendre l'étude de l'organisation des places fortes. Une nouvelle commission remplaça celle de 1887, la Haute Commission des Places fortes de 1899 et elle pu constater que les améliorations prescrites n'avaient pu être entièrement réalisées, suite au manque de crédit et de détermination dans les objectifs.
Elle se proposa d'une part, de fixer la ligne principale de défense, car celle-ci subissait des variations au cours du temps, d'apporter d'autre part les modifications aux instructions existantes, et enfin, d'établir l'ordre d'urgence des travaux à réaliser.
De la commission de 1887, on repris la structure des Places, en y intégrant de nouveaux progrès : béton armé et cuirassement. Mais ces changements importants obligèrent à sélectionner les forts à moderniser , vu le coût exponentiel des travaux ; travaux conditionnés par la nécessité de rendre opérationnel le fort en cours de modernisation. On comprend alors l'utilité d'un intervalle organisé, capable de soutenir un ouvrage en cours de travaux.
Un ambitieux programme de modernisation fut entrepris à Villey-le-Sec : l'ensemble du réduit fut réorganisé, la batterie Nord et le redan récurent de l'artillerie sous tourelle, seule la batterie Sud resta en l'état faute à la déclaration de guerre qui ne permit pas l'exécution de la tourelle prévue. Ces travaux débutérent le 11 juillet 1903 . L'ancienne entrée du réduit fut supprimée et remplacée par une caserne bétonnée neuve avec entrée au fond du fossé.
A partir de l'hiver 1905, les travaux , réalisés par l'entrepreneur Benoît estrade, portèrent sur le remplacement des caponnières du réduit par des coffres, la réalisation de communication à l'épreuve et la construction d'observatoires cuirassés. Le 7 février, la tourelle de 75 du redan (numéro 10) fut réceptionnée.
En 1907, c'est au tour de la batterie Nord de se voir adjoindre une tourelle de 75 (numéro 13) et une tourelle de mitrailleuses ( numéro 25) . Le flanquement des fossés des batteries et du redan restera en l'état.
Enfin, dernière construction à partir de 1912, le fort de Villey-Le-Sec devait être doté d'une batterie cuirassée pour deux tourelles de 155 court et si l'ensemble des substructions fut réalisé, les tourelles ne furent jamais installées suite à la déclaration de guerre.