第三代防火墙称为网络层防火墙或代理服务器防火墙，这种防火墙在两种方向上都有"代理服务器"的能力，这样它就可以保护主体和客体，防止其直接联系。代理服务器可以在其中进行协调，这样它就可以过滤和管理访问，也可以管理主体和客体发出和接收的内容。这种方法可以通过以各种方式集成到现有目录而实现，如用户和用户组访问的LDAP。
网络层防火墙还能够仿效暴露在互联网上的服务器，因此正在访问的用户就可以拥有一种更加快速而安全的连接体验。事实上，在用户访问公开的服务器时，他所访问的其实是第七层防火墙所开放的端口，其请求得以解析，并通过防火墙的规则库进行处理。一旦此请求通过了规则库的检查并与不同的规则相匹配，就会被传递给服务器。这种连接在是超高速缓存中完成的，因此可以极大地改善性能和连接的安全性。
