夯土为基
大同城墙的主体结构为夯土包砖。夯土芯墙是城墙的承重主体，采用逐层夯筑工艺，每层厚度约 10 至 15 厘米，层次清晰，密实度极高。
包砖护体
在夯土墙体之外，徐达增筑时增加了厚达数米的青砖包层。包砖不仅起到保护夯土免受风雨侵蚀的作用，也赋予了城墙坚固的防御能力与威严的视觉形制。
四门与瓮城
大同城墙设东、西、南、北四门，每门外设瓮城。瓮城是外凸的半圆形或方形围墙，是古代城防中的关键结构——攻方一旦进入瓮城，即陷入三面受敌的境地。
马面与敌台
城墙外侧每隔一段距离，设有凸出墙外的马面（又称敌台）。徐达增筑的大同城共设敌楼五十四座，警铺九十六个。马面的存在，使守军能够对攻城者形成侧向射击的交叉火力，极大提升了防御效能。
角楼
四角角楼是城墙四个拐角的标志性建筑，其中以西北角的乾楼规制最高。角楼既是瞭望观察的制高点，也是防御体系中的关键节点。