元代的大都城墙是夯土筑成的，外边没有包砌城砖，所以一下雨就可能因雨水淋蚀造成土城墙的损坏。为了保护城墙，当时采用编好的苇子覆盖城墙，下雨时雨水顺着苇子流到地面，就像下雨天人们穿上蓑衣一样。但是这样的办法也不是十分牢靠，总会有因覆盖不严而使城墙损坏的可能，所以到了明代洪武年间，就开始了大规模重建北京城墙的工程。其中内城东西两边的城墙是利用元大都的土城墙作为墙心，在墙外侧加砌内外两层砖。外层用大城砖，内层用小砖。土墙的内侧加砌一层大城砖。内城的北城墙是洪武年间新修建的，中间的墙心也是夯土筑成，内外侧都加砌城砖，内城的南城墙是明永乐年间修筑的，中心填有黄土，外侧靠土的一层砌的是小砖，小砖外侧砌有大城砖，土墙内侧砌一道大城砖。
明代北京的城墙砖大都是在山东临清、聊城，河南安阳等地烧制的，这些地方临近运河，离北京距离不太远，运输较为方便，当地又有优质粘土，所以成为理想的烧砖地点。根据估算，北京内外城城墙的用砖量（包括城楼、箭楼等建筑在内）大约在三四千万块。
明代北京城墙顶部外侧用砖砌有雉堞，也叫垛口，每个垛口高有1．9米，宽1．5米，厚0．7米。城墙内侧砌有女儿墙，约有一米多高，厚70多厘米，是为了防止士兵失足跌下城墙而修建的。据有关资料统计，北京城内外城墙共有垛口20772个，垛口下的炮眼12600多个。
城墙每隔不到90米设有一个敌台（也叫墩台、马面），敌台的高度与城墙相同，但比城墙向外突出，敌台的顶部大约长15米，宽约13米。敌台的作用是为了使城上的士兵能够用弓箭等射击位于城墙根处的敌人。如果没有敌台，城上的士兵必须探出上身才可能射击城墙根处的敌兵，不仅十分不便而且可能会被敌方的武器击中。有了敌台，士兵就可以从敌台的突出部侧向攻击敌兵了。两座敌台之间的距离也正好不超过弓箭的射程。
北京城墙内侧建有专供守城士兵上城用的马道，坡度在15度以上，大约宽4～5米，所以叫马道，大概军官也可以骑马从这里上城。
北京内外城的各个城门上方都建有城楼，这些城楼坐落在一个墩台上，与左右的城墙紧密相连，墩台的下边正中间开有一个拱形的券洞，就是城门洞，门洞处安有两扇对开的大门，外包铁钉，正面有镀铜大泡钉。门后有大门栓。
明代北京内城的城楼修建于明正统年间，各城楼都是重檐歇山顶，上铺灰筒瓦，绿琉璃瓦剪边。城楼一般都是面阔7间，进深5间，但也有进深3间的，像朝阳门、阜成门就是三间进深。内城各城楼的具体规格都不太一致，大体上说，以正阳门的规格最高，在各城楼中最为壮观，崇文门、宣武门稍差一些，东直门、西直门又差一些，德胜门、安定门、朝阳门、阜成门的规格最低，各城楼都有上下两层，守城将士可以登楼远眺。
外城的城楼都比内城城楼矮小。最高大的是位于中轴线最南端的永定门，城楼约高20米，为重檐歇山顶，面阔7间，进深3间，与正阳门遥相对应。其次是广宁门，现名广安门，也是重檐歇山顶、上下二层，城楼比永定门矮了一点。广渠门和左安门、右安门都是单檐歇山顶一层的城楼，高度只有15米左右，东便门和西便门的形制更小，高度只有12米，是单檐歇山顶一层的城楼。
北京各城门的外边正前方还有一座城楼，叫做箭楼，箭楼的左右两侧也有城墙，并且与内、外城的城墙相接，于是在各城门处形成了一个个向外鼓出的小城，这就是瓮城。瓮城的平面形状有正方形的，像东直门、西直门的瓮城；也有长方形的，像正阳门、德胜门的瓮城；还有半圆形的，像东便门、西便门的瓮城。其他一些瓮城基本上是正方形，但在相邻两面墙的相接处采取了弧形而不是直角。
各座箭楼的形制不大一致，正阳门的箭楼最雄伟壮观。城台高约12米，为重檐歇山顶，上铺灰筒瓦，绿琉璃瓦剪边。南侧面阔9间，北出抱厦7间，东南西三面设有四层箭窗，南面共有52孔，东西两面各有21孔，前门箭楼高38米，宽52米，进深32米，是北京城内各箭楼中最高大的。
在内城9门中，只有前门箭楼下面开有门洞，不过这个门与正阳门一样，平时都紧闭不开，只有皇帝出入时才开启。正阳门的瓮城占地面积最大，呈现为东西窄的长方形，其他瓮城只设一个门，正阳门瓮城除了箭楼下边的一个门外，还在左右两侧各开了一个门，在箭楼下边是护城河，河上有三座石桥。桥的南边有一座五间的牌坊，北京人称“五牌楼”，指的不是五座牌楼，而是这座五开间的牌楼。
北京内城各门的箭楼的造型与前门箭楼基本相同，正面是重檐歇山顶，后面出抱厦五间。正面的重檐下边有三排箭孔，重檐上边有一排箭孔，下边各箭楼的箭孔数目不是十分一致，有些箭楼因尺寸小一些，箭孔也少一些。
内城各门的瓮城有个特点，就是同一边城墙上的各瓮城城门都正对而开，像东城墙上北边的东直门的瓮城门朝南，南边的朝阳门的瓮城门朝北，这对于军队从某一城门经城外调往另一城门提供了方便。西城墙上的西直门、阜城门，南城墙上的崇文门、宣武门都是如此，正阳门瓮城则是在东、南、西三面都开有城门，惟有北城墙上的德胜门、安定门是个例外，两座瓮城的城门都朝东，不知是何缘故。
外城的瓮城比内城小，而且有两座采用半圆形布局，外城瓮城的城门也与内城不同，都开在箭楼下边正中。永定门箭楼正面有两排箭孔，每排7孔，左右两侧两排箭孔，每排三个，这样共有26个箭孔。箭楼的后边设有抱夏，只有一道门。向敌兵施放箭弩、火枪。
瓮城的修建，显然是为了加强对城门的防守，城门是整个城池防御工事的薄弱点，也是敌方进攻的重点，城门是木制的，虽然包上铁叶，仍然比城墙更容易遭到敌方攻城器械的毁坏。更为重要的是，一旦城门失守，敌方军队就可以通过城门内的街道迅速向纵深穿插，直接威胁皇城、宫城的安全，瓮城的修建使城门的防御增加了一道防线，这样即使敌军攻进了瓮城，守城军队仍然可以及时调集兵力，将敌军歼灭于瓮城的高墙下面。
为了使城防更加牢固，北京城外，与城墙平行设有护城河。护城河不是天然河流，而是人工挖掘的壕堑，一般是将挖出的泥土夯筑成城墙的墙心。这样就能一举两得，节省劳动力。护城河水是从玉泉山经长河引入城外壕堑的。明正统年间又将护城河加深，并铺设石砌的河岸，各城门外的护城河上设有石桥，供行人进出城通行。护城河宽约30米，深约5米，离城墙约50米。河上的石桥外设置了能开关的铁栅栏，遇有敌情时可以关闭。
瑞典学者喜仁龙曾对北京的城墙和城门做过形象的比喻：“如果我们把它（北京城）比作一个巨人的身躯，城门好像巨人的嘴，其呼吸和说话皆经由此道，全城的生活脉搏都集中在城门处。由此出入的，不仅有大批车辆、行人和牲畜，还有人们的思想和愿望，希望和失望，以及象征死亡或崭新生活的丧礼或婚礼行列。在城门处你可以感受到全城的脉搏，以至全城的生命和意志通过这条狭道流动着——这种搏动，赋予北京这一极其复杂的有机体以生命和运动的节奏”（《北京的城墙和城门》）。老北京城确实像一个有生命的物体，它有它的骨骼、消化系统、血液循环系统、神经系统，城中的每个家庭组成了它的每个细胞，多如牛毛的小胡同是毛细血管，宽大的街道是它的主动脉，皇宫是它的大脑，中央政府的衙署是它的中枢神经系统，城墙是它的坚韧厚实的皮肤，城门则是它的七窍和排泄器官。 | 
