Nel 1275 I lavori, ai quali presero parte Giovanni di Simone e Giovanni Pisano, ripresero con l'aggiunta di altri tre piani secondo una linea che tende ad incurvarsi in senso opposto alla pendenza, nel tentativo di correggerne l'inclinazione; nella seconda metà del Trecento, forse per opera di Tommaso Pisano (1350-1372) venne aggiunta la cella campanaria. A pianta circolare, interamente rivestita in marmo bianco, la Torre presenta un partito decorativo analogo a quello dell'abside del Duomo: sopra un primo ordine di arcate cieche su semicolonne sono sei ordini di loggette e la cella campanaria cilindrica, di diametro inferiore, con aperture inquadrate da arcate cieche e coronamento ad archetti pensili.

L'inclinazione rispetto alla verticale aumenta mediamente ogni anno di circa 6", pari a un aumento dello strapiombo di 1 mm; dal 1990 sono in corso interventi di consolidamento che hanno ridotto di alcuni millimetri l'inclinazione. L'interno del campanile ha la forma di un grande pozzo cilindrico. Una scala a spirale, composta da 294 gradini, aperta a ogni piano da un'uscita verso la corrispondente galleria anulare esterna, sale alla terrazza al di sopra dell'ultimo piano dove, entro la cella campanaria, sono sette campane databili dal sec. XVII al XIX; qui Galileo effettuò i suoi esperimenti intorno alla caduta dei gravi;suggestivo il panorama sulla città e il territorio