Um 1170 gelangte Burg Gleiberg an die Herren von Merenberg. Dieses ursprünglich auf dem Merenberg bei Weilburg ansässige Geschlecht residierte fast 150 Jahre lang auf Burg Gleiberg. In dieser Zeit wurden neue und stärkere Befestigungsanlagen sowie der sogenannte Merenberger-Bau errichtet, der 1646 bis auf den Westgiebel völlig zerstört wurde.
Im Verlauf des 13./14. Jahrhunderts entstanden die äußeren Ringmauern. Außerdem bezog man den unteren Burghof in den unmittelbaren Schutzbereich der Burg ein.