从结构上看，明长城建筑材料和施工技术都有很大改进，墙体由砖砌、石砌和砖石合筑、泥土夯筑而成。在筑城上，明长城更加注重倚重地势，修筑者充分利用山险水障等天然障碍，城墙的高低薄厚都随山形地势而异。明长城的防御工程也较前朝大大加强。城墙顶部内设宇墙，外设雉堞，雉堞上有望孔和射击孔，便于守城士兵防御作战。为增强守备，明长城在关键地段加修多道城墙，有的地方大大小小的石墙竟多达28道。此外，还有劈山墙、山险墙、木柞墙和边壕等辅助防御设施。上百座雄关隘口和上万个墩台将明长城组成了一个有机的整体，比以往任何朝代的长城都更加坚固完善。为了加强京畿北方的防御，明长城加大了这一地区的防御纵深，采用多道城墙、大纵深的防御，由外而内分别为外长城、内长城和内三关长城，逐层掩护，重叠设防。对于手持弓箭大刀，只善于野战奔突的八旗骑兵来说，想攻破如此坚固的长城防线，几乎是不可能的。
其实，明清在关外的战争中，曾经进行过城池攻坚战，最为典型的便是宁远之战。宁远(今辽宁兴城)，是明朝在关外的最后堡垒。当时很多明将主张收缩防线，据守山海关，抗清名将袁崇焕却提出“保关内必守关外，保关外必守宁远”。为抵御清军(其时称后金)，袁崇焕大修宁远城墙。不久后的战斗证实了袁崇焕此举的高明。天启六年(1626年)正月十四日，清太祖努尔哈赤趁辽东明军易帅撤军之际，率八旗精锐6万出沈阳，直逼宁远城。携辽沈之战余威的努尔哈赤并未把宁远放在眼里，随即挥师攻城。后金军推着车为前导，步骑兵蜂拥攻城。城下，弓箭手万箭齐发，一时间“城堞箭镞如雨注，悬牌似猬刺”。在如此猛烈的攻势下，宁远城一度危如累卵，却终因城池坚固、守城兵器配置完备而未被攻破。可怜数万精于骑射的八旗劲旅不得施展，反被明军的西洋大炮轰得伤亡惨重，努尔哈赤也中炮受伤，半年后疽发病卒。
明末，军备废弛。中国历史上有一条铁律：历代王朝的军队只有在经历开国时的南征北讨，或是外患深重时的长期恶战，才能锤炼成雄师锐旅。而长期的和平岁月后，由于农耕文化优裕生活的消磨和统治者重文轻武政策的影响，军队的骁勇之气消失殆尽。例如宋军在宋太祖开国之初，是一支能征惯战的劲旅，平荆南，灭后蜀，定南汉，克南唐，所向无敌。到了金军对北宋发动进攻时，宋军早已失去当年的骁猛，许多官兵连马都骑不上去。
明军的情况也并无二致。立国之初，军队久经征战，精锐无比，因此能多次北扫大漠，令元军残余丧魂落魄。此后200多年间，由于北方蒙古的四分五裂，明朝没有如汉代匈奴、唐代突厥那样的大敌，使明军缺少大战恶战的历练，战力远不如前。一旦努尔哈赤崛起于白山黑水，明军在与剽悍的八旗兵较量中就处在下风。后金时期和清初时的八旗兵，是中国历史上有名的善战之师。生长在寒冷关外的女真人，刻苦耐劳，能骑善射，经过努尔哈赤的组织编练，使八旗军成为一支“威如雷霆，动若风发”的雄悍劲旅。明军与其作战，几乎无役不败，以致名将袁崇焕认为“只有凭坚城用大炮”才能抵挡清军。袁崇焕凭坚城用大炮的战术，固然暂时阻挡了八旗军的兵锋，但也滋长了明军过分依赖“乌龟壳”的思想，日后主要凭借坚城以大炮远射，而不敢冒锋犯镝与清军野战，无法磨炼出像卫青、霍去病驰骋大漠建功沙场的铁骑雄师来。
袁崇焕曾设想明军以构筑城堡方式，步步向前推进，压迫努尔哈赤。按照这种战略，明军要很长时间才能把战线推进到松花江边，而战事久拖不决，自然使人民的军费负担加重。如果是在别的朝代，这个战略或许行得通。如唐朝初年曾长期与突厥等民族作战，并未拖垮国家的经济，反而打出了一个空前繁荣富裕的盛世。但明朝末年，土地集中达到骇人听闻的程度，民不聊生的社会已无法承受“辽饷”的沉重负担。农民起义风起云涌，遍地开花，明朝从此在“辽饷”外又多了“剿饷”和“练饷”。明军既要对付关外的八旗兵，又要围剿关内的起义军，顾此失彼，“不征流贼，即征夷虏;不战于边，即战于腹。驰驱数千里，经历弥岁月，炎风朔雪，饥寒冻馁”。节制三镇的明朝总督洪承畴是农民军的劲敌，他曾擒杀闯王高迎祥，在陕西潼关将李自成杀得只剩七骑逃入商洛山。他取得大胜后，被明政府调往辽东前线。洪承畴毫不规避清军锋芒，结果统率的14万精锐兵马被八旗军杀得几乎片甲无存。他指挥的这支明朝最大的作战兵力的覆灭，使明朝丧失了抵抗清军和镇压农民军的最后资本。