Tường thành cao từ 6 đến 12m, mặt thành rộng trung bình làm, chân thành
rộng từ 20 đến 22m. Trong ba vòng thành, tường thành Trung còn khá
nguyên vẹn, phía ngoài dốc đứng, rất khó có thể trèo lên được; phía bên
trong lại thoai thoải có thể lên xuống dễ dàng. Với cấu trúc như vậy, kẻ thù
bên ngoài rất khó leo vào, nhưng quân giữ thành lại dễ dàng vận động lên
mặt thành để đánh địch.
Thành Nội (thành trong), hình chữ nhật, có chu vi 1.650m, cao
khoảng 5m. Mặt thành rộng từ 6 đến 12m, chân thành rộng từ 20 đến 30m.
Chung quanh tường thành có 12 ụ đất nhô ra ngoài để làm vọng gác gọi là
"hỏa hồi". Các hỏa hồi được đắp khá cân xứng. Hai cạnh dài của thành, mỗi
cạnh có 4 ụ đất; hai cạnh ngắn, mỗi cạnh có 2 ụ đất. Nhìn chung, những
hỏa hồi này được đắp cao hơn mặt thành từ 1 đến 2m, nhô ra từ 10 đến
12m.
Cả ba vòng tường thành đều mở ra các hướng, có cửa đường bộ và
có cửa đường sông, nhưng số lượng cửa mở ra ở các vòng tường thành lại
khác nhau. Thành Nội chỉ mở một cửa quay về hướng Nam. Thành Trung
mở bốn cửa: cửa Nam, cửa Bắc, cửa Tây Bắc và cửa Tây Nam. Ở đây cũng
có một số ụ đất được đắp cao hơn để làm vọng gác. Thành Ngoại tuy dài và
rộng cũng chỉ mở ba cửa: cửa Nam, cửa Bắc và cửa Tây Nam. Tuy một số
cửa thành Trung và thành Ngoại mở cùng một hướng, nhưng do chu vi
khác nhau nên các cửa thành thường lệch chéo nhau, lại có thêm các ụ đất
phòng vệ, càng làm tăng thêm độ vững chắc, cẩn mật của tòa thành.
Dưới chân ba vòng thành đều có hào nước ở phía ngoài để ngăn cản
quân địch, đồng thời là đường giao thông thủy quan trọng nối liền các khu
vực trong thành và cũng là con đường thoát ra ngoài khi có nguy biến. Hào
nước có chiều rộng từ 20 đến 30m nên thuyền bè từ sông Hoàng có thể ra
vào thành dễ dàng. Cả ba hào này được nối liền với nhau và với sông
Hoàng để bảo đảm quanh năm, ba hào đều có nước, càng làm tăng thêm sự
hiểm yếu của kinh thành Cổ Loa.
