城垣墙体之构筑，多数皆为夯土。我国原始社会早期城市之墙垣，其夯筑技术较为粗糙。具体表现在夯层较厚（一般厚10厘米左右，最厚可达30厘米）且不均匀，夯打亦不够密实，有时还采用了简单的堆砌形式，因此墙身的坚固性较差。其夯筑过程为先筑高约1.2米之矮墙，后在此墙的内、外侧分别积土斜夯，待筑至上述墙顶后，再在其上筑第二层矮墙。如此反复进行，直至所需高度为止。
当时此类城墙的外壁较陡，一般与地面约成50度之夹角。内壁面则成15度—25度之缓坡，推测是为了增加墙体后推力的缘故。因此城墙基部宽度常在10—30米左右，墙高约为8—10米。实例可见湖北荆门市马家埦古城及湖南沣县城头山古城。
修筑在台地上的古城，常利用台地周边陡峻的壁体作为城墙的一部分，仅需自城内地面筑起高2～3米的夯土台作为城墙的顶部，有时并在此土台上建造房屋。这种利用原有自然地形及城内外地面高差的筑城方式，能节省大量时间及人工，可收到事半功倍的效果。由于这类城市内外高差常达5米或更多，所以城门入口处之道路均呈斜坡，例如山东章丘县龙山镇城子崖古城所见即是。
筑城使用之夯土已相当纯净，大多为黄砂土或黄、灰色胶泥。仅章丘城子崖古城土中掺有料礓石及沣县城头山古城夯土中夹有鹅卵石为少数特例。
筑城技术在周代已有长足进步，此时夯层厚度已减至8～10厘米并很均匀，又普遍采用版筑形式，墙体内侧的坡度也由平缓而与外坡的陡峻（角度约1.4）相差无几。墙垣的坚实程度大大提高，使它除了能抵抗强大冲击力（如抛石、冲车……），还能耐受较长时期的水浸（如决河灌城……），而不致塌落崩溃。此类事例，于《左传》《史记》中均多有所载。如《史记·赵世家》：“赵襄子……令三国攻晋阳岁余，引汾水灌其城，城不浸者三版。”按“版”为筑城夯土之夹板，长八尺，高度不详（估计在1.5尺左右）。史书如此述及，表明它除了作为建筑工具外，同时还成为衡量尺度的一个重要单位。
东晋时北方十六国之一的夏都统万城，在修建时于夯土中添加一定数量的沙与石灰。它们所形成的三合土，较普通夯土更为坚实，可达到刀锥不入的程度。这是筑城材料的重大改进，也是使用这种新型建材的最早实例。但是它并未广泛运用到后代的城垣建造中去。此外，记载中还提到当时已实行“蒸土筑城”，这可能是在筑城以前，先将所用夯土予以日光曝晒，藉以除去内中所含碱质。或在施工中用热水和泥，使土质匀润，夯打时可将泥土中的细小空洞与缝隙减至最小，以加强墙垣的密实与坚固性。
据北魏郦道元《水经注·漳水》中称，十六国时后赵石虎都于邺城，“其城东西七里，南北五里，饰表以砖，百步一楼”，此为文史中述及城垣包砖之较早记载，是否局部或遍及内外，所述不详。至于南方城市，则有位于江苏镇江市附近之“铁瓮城”。此为一墙垣内外包砖之小城，相传建于三国东吴孙权。但经鉴定，所砌表砖甚为杂混，仅少数为东晋刻有“罗城”字迹者，其为原有或自他处移来，目前尚难断定。
降至唐代，已确有将陶砖使用于城垣者。但仅作为贴面材料施于城门附近及高台建筑台基表面，例见唐长安大明宫遗址。另前述江苏扬州唐罗城南垣城门及瓮城遗址中，包砌其东垣下部之灰色陶砖残留十六层，并采取逐层向上内收的“露龈造”式样叠砌，一如北宋李诫所撰《营造法式·砖作制度》中所示。
有关筑城技术较详细的规定，首见于上述《营造法式·壕寨制度》。例如对城墙的高、宽：“筑城之制，每高四十尺，则厚加高一十尺；其上斜收减高之半。若增高一尺，则其下厚亦加一尺；其上斜收亦减高之半。或高减者亦如之。”这就是说，若墙高为四丈，则墙基宽五丈；若墙高再增（或减）一尺，则基宽亦协（或减）一尺，顶宽增（或减）五寸。
对于城墙基础之深、宽：“城基开地，深五尺，其厚随城之厚。”而筑基的用料与施工，亦有明确定规。基础先用土再用碎砖瓦隔层夯实，“每布土层五寸，筑实厚三寸。每布碎砖瓦及石札等厚三寸，筑实厚一寸五分”。城墙墙身除施土夯实外，又于土中加纵横木构件，“每城身长七尺五寸，栽永定柱（长视城高，径一尺至一尺二寸），夜叉木（径同上，其长比上减四尺）各二条。每筑高五尺，横用纫木一条（长一丈至一丈二尺，径五寸至七寸。护门瓮城及马面之类准此）。每膊椽长三尺，用草葽一条（长五尺，径一寸，重四两），木橛子一枚（头径一寸，长一尺）”，以加强墙身结构之整体性。
明代制砖业的蓬勃发展，使陶砖普遍用于各种建筑。现存各地的砖城墙，几乎全部建于明代，特别是中期以后。虽然这些城墙绝大多数都是两侧包砖、中央填土的形式。但也有下部以条石（长约1米，宽0.7米，厚0.3米）上部用城砖叠砌的，例如建于明初的南京城墙即是如此。所用特制城砖长37～44厘米、宽19～21厘米、厚8.3～11厘米，重约24公斤。砖上均印有制砖所在之府、县及监造官员与工匠姓名。
现已得知当时制砖已延及一部（工部）、三卫（横海卫、飞熊卫、豹韬卫）、二十八州府（临江府、应天府、武昌府……）、一百一十八县（上元、江宁、句容、泰州、合肥、桐城、南昌、上高、鄱阳、吉水、萍乡、大冶……）、幕府（邵所……）。其中除江西袁州府和临江府以磁土烧制的白色城砖外，其余皆为由一般粘土所烧制的青灰城砖。
边防系统之城墙，因地处边荒，大多根据各地的自然条件，就地取材进行建造。今日所见周、秦以来边城遗址，概以土、石为主要建筑材料。例如内蒙南部之赤峰及河北北部围场一带之长城，始建于燕，而继修于秦、汉。因所经皆山地，墙体多建在山岭之上，故建材大部取自当地之石料。而内蒙敖汉旗以东为黄土丘陵，故长城改用黄土夯筑。在穿越河谷地带时，或采用以沟堑代墙，或沿河谷一侧增筑平行之墙垣一段，例见此赤峰之老哈河西岸边城。
以块石构筑之长城，建造时先用较大石块砌出两面之墙身，再于其间填以碎石。块石均系干垒，石间不灌泥浆，如陕西神木县窟野河上游之秦长城，至今大多保存较好。墙面有垂直亦有收分的，其高、宽均在4～5米左右。亦有利用天然峭壁或斜坡之一部作为长城墙体的。
使用夯土构筑之长城，可以西汉武帝太初三年（前102年）遣光禄卿徐自为建于阴山北麓之“列城”南垣为例，如现存于内蒙乌拉特中旗沙井苏木境内之长城，其夯层厚8～12厘米。
此处，又有将红柳或芦苇捆扎成束，在地面围合成矩形平面的框架，内中填以沙石，上再平铺交叉放置的柳条或芦苇。然后又放上红柳框架，再垫沙石及铺柳条。如此层叠而上，直到所需高度。由于沙中含盐分较多，凝结后极为坚硬，故得以保存至今。目前甘肃敦煌一带尚有此类汉代边墙，其基宽3米，壁面向上斜收，顶宽1.5米，残高3.75米。另亦有用一层芦苇一层沙土交替铺筑的做法，实例则出于玉门。
