在南京明城墻的砌築中，針對不同的部位采用了不同的處理方法和特殊的粘結材料。在壹些地區，石灰巖和花崗巖條被用作城墻的地基、立足點和壹些內外墻的主要材料；有些地區全部用城磚建造；在其他地區，城墻用石頭和城磚建造，中間填充片石、城磚和黃土混合夯實。砌墻的材料非常堅固，據說是用糯米汁和石灰等灰漿砌成的。南京明城墻的防排水系統科學適用，其功能包括城墻和城區的自防排水。墻體填充層上部用摻有桐油、石灰和黃土的砂漿封頂搗實，厚度約1 ~ 2m，在其上及沿墻兩側砌築5~10層以上城磚，直至墻根；墻體頂面設有石材排水明溝，在排水明溝內約50米處設有出石槽，將墻體內的水排出。城基每隔壹定距離還有排水孔，將城墻內的積水排出城外。
城市地區的防水和排水系統主要使用設置在城墻底部的水閘和涵洞。東水關和西水關建在秦淮河的出入口，有三個城門，前後兩個木門，中間有壹個鐵門，以防止敵人潛入城市。東水關內部還有33個甕洞，分三層（上面兩層是藏兵洞），下面壹層（中間的洞可用於船只）裝滿水。此外，還有許多涵閘，如金川河閘、玄武湖的同心壩（即吳渺門）、前湖的半山園閘和琵琶湖的琵琶門。這些涵洞裝有銅、鐵管和銅閘門，只能進水不能進人。它們設計巧妙，結構合理。由於每壹段的地形和位置不同，南京明城墻修建時采用的建築結構也有所不同。南京南城和東西城的南段以及北城和西城的大部分路段分別采用不同的施工方法。
程楠和這座東西城市的南部面臨著平原和河流，沒有什麽可防禦的。除了河，城墻建築是最堅固的。城墻內外壁表層用大石頭砌成，內層用巨大石塊填充形成厚度約3米的內外壁，全部用糯米汁和石灰灌漿。內外墻之間填黃土和片石，夾層壓實。在壹些地區，也有在用條石鋪設的內墻和外墻之間用磚砌築的做法，或用磚、黃土和石頭夯實的做法。
北部城區和西部城區大多依山傍湖，地形復雜，墻體結構簡單。或者都是用城磚砌成，墻體比較薄，或者在用磚砌成的內外墻之間夯填黃土塊。在東城的壹些地方，城墻的外墻用石頭建造，內墻用磚建造，中間用黃土、瓦礫或破碎的城磚夯實。壹些特殊地區有特殊的做法，如朝陽門（現中山門）和獅子山，它們依山而建，外面只修建磚石墻。在石城壹帶，下部采用原有的陡峭石墻，山頂只修築了短短的磚墻。城墻頂部的壹般做法是在厚度為1 ~ 2米的摻有桐油和黃土的夯土層上鋪設數層城磚。頂部邊緣設有伸出墻體的石水槽和滴水槽。據初步估計，南京明城墻耗資數億磚。城磚壹般長40 ~ 45厘米，寬20厘米，厚10 ~ 12厘米。由於城磚來自全國各地，其材料的土壤性質也是多樣的（粘土、沙子、高嶺土等）。大多數城磚上都有銘文，從壹個單詞（或壹個符號或標記）到70多個單詞不等。這不僅是南京明城墻的壹大特色，也是其歷史文化遺產價值的重要組成部分。
不清楚南京明城墻使用的磚是哪個地區燒制的。由於缺乏史料記載，近幾十年來，經過文物工作者或有心人士對磚上銘文孜孜不倦的考證和修改，我們有了壹個目前並不完全準確的數據:南京明城墻所用的磚來自長江中下遊廣大地區，包括江蘇、江西、安徽、湖南和湖北等省的省會。據史料記載，明城墻的砌築並非由南京集中燒制，而是由32個省的148個縣承擔，規模可想而知。
為了確保南京史靜城墻城磚的燒制質量，朝廷要求地方政府、州縣的地方官員、軍事警衛和研究所的士卒以及縣及縣以下基層組織的負責人（將軍A、第壹A和小A）在磚上留下自己的名字，直到制磚工人和砌磚工人，以便對不合格的城磚追究責任甚至斬首。這種嚴格的“責任制”保證了南京明城墻的高質量建設。
南京城磚碑刻的書寫者大致可分為“學風”和“民風”。前者屬於政府中的官方文人和鄉村中的學者。或許只要不犯錯，就不會有殺頭的恐懼。其字體流暢工整，很有文人氣息。後者屬於精通文字和筆墨的工匠，甚至沒有用筆寫過字。當磚從模具中取出時，他只是摘下身邊的壹根小樹枝，並小心翼翼地在磚的壹側留下他的縣，賈和他自己的名字，這種幼稚的字體透露出許多鄉村氣息。城磚銘文的字體都是用篆書、隸書、魏書和線條編制的，並含有淡淡的石頭味道。其中，有壹種書法最具神韻，在中國書法大辭典中難覓其歸屬，但它卻是書法的民間藝術。所有的銘文都反映了謹慎和虔誠，這是強烈而鮮明的。從題記的技法上看，可分為模印、印印和雕刻三種形式。其中銘文的雙線模印因字體筆畫精細，對制磚土的質量要求較高。
南京明城墻城磚上的銘文為後人留下了豐富的文化信息和珍貴的史料，其中壹些銘文填補了史料的空白。為了進壹步研究南京城磚的產地分布；明初中國漢字的簡化字和異體字：中國民間書法、篆刻；明初中國姓氏文化的演變和明初的責任制度提供了詳實的第壹手資料。通過對城磚銘文的研究，我們還可以發現許多明代以前燒制的城磚和壹定數量的明代以後燒制的清代城磚用於修復城墻，為了解南京城墻的發展變化提供了實物證據。從南京城墻東南角的通濟門到西北角的中福門和義豐門，有壹個分野，南有“六星”，北有“北鬥”。
“南鬥星”的六個星座用六個門來比喻:聚寶門、三山門、清涼門、石城門、定淮門、義豐門。
“北鬥七星”的七個星座比喻為七個門:通濟門、正陽門、朝陽門、太平門、廁神門、金川門和中府門。
壹些考古學家認為，南京城墻呈“南鬥”和“北鬥”形狀並不是簡單的巧合，它與明孝陵、朱元璋的陵墓呈“北鬥”形狀。它是明初朱元璋修建南京時受當時社會和思想影響的結果，體現了“天地壹體”和“皇權神授”的思想。正陽門、朝陽門和太平門位於皇宮南、東、北三面的都城城墻上。其中，正陽門是皇宮南北中軸線的最南端，是外國使臣進京朝覲必經的正門。太平門外的玄武湖之濱是朱元璋於1384年設立的“三法司”（即“關索”或“天牢”）掌管刑罰和殺戮的地方。
廁神門是南京城墻唯壹已知的傳統外甕。有趣的是，廁神門的外甕和聚寶門的內甕幾乎在城市的同壹條南北軸線上。這個造型各異的甕，壹南壹北壹外，是明代南京城墻建設中傳承與創新的範例之壹。
位於南京城墻西北角的金川門、中福門、義豐門、定淮門緊鄰長江，是抵禦江北入侵南京的重要門戶。公元1402年，燕王朱迪率領“靖難之主”渡江南下。如果不是李景隆和顧王（李）在北京城內協調壹致，打開金川門歡迎顏氏進京，恐怕當時無法順利入京，很快就會成為皇帝。涼門和石城門都位於內甕中。
堅固多樣的城門是建築者設計思想的生動體現。城門的設計和建造，在充分滿足城門防禦能力的前提下，力求使城門建築藝術與宏偉獨特的南京城墻相協調，達到渾然壹體、相得益彰的效果。
《儒林外史》作者吳先生，現居南京，按逆時針方向排列城門:“三山寶地近通濟，正陽潮陽安寧，金川近中福，宜豐為懷慶石城。”三山門、聚寶門、通濟門都是內罐，比其他門更大更有氣勢，尤其是聚寶門的內罐。藏兵洞窟只有27個:第壹城門左、右各三個，城門上的建築基址共有七個，均坐北朝南，以城基中的中間洞窟為最大，面積為310平方米；在東西拱門下分別有7個東西向的藏兵洞。這些洞穴通常用於儲存守城裝備和軍事物資，戰時有3000多名士兵。通濟門的內甕也非常壯觀，尤其是通濟門的“船形”內甕，不僅增強了城門的防禦能力，而且融入了強烈的藝術性和思想性，反映了當時人們的審美情趣和壹定的願望。