秦汉长城的中段约自东经114°以西至102°之间。这段长城错综复杂，建置年代先后不同。大致可分为南中北三线。南线沿用秦国长城，西起自甘肃岷县，循东北走向，经临洮、渭源，宁夏固原，甘肃环县，陕西吴旗、靖边、榆林，循毛乌素沙漠东侧，越窟野河，北上内蒙古准格尔旗，直达黄河南岸的十二连城。秦灭六国以后，蒙恬修长城以此为西段，汉初仍沿用。汉武帝时，西翼防线北移到河西走廊，这条长城遂失去原有的作用。

　　中段中线秦汉长城，大约横贯于秦时九原、云中郡境。经勘查，遗迹由宁夏北上，穿越乌兰布和沙漠北边的鸡鹿塞，进入内蒙古以后，透迤在狼山北面岗峦之上，至石兰计山口，向东经固阳县北部，又经武川县南，沿大青山北，过集宁市，最后由兴和县北部进入河北省围场县境，与东段原燕国长城相衔接。这段长城，除了利用战国赵长城以外，有一部分应是秦蒙恬所扩建。

　　中段北线，即汉武帝时修筑的所谓“外城”。武帝“外城”，最早见于《史记·匈奴列传》：太初三年（公元前102 年），“汉使光禄徐自为出五原塞数百里，远者千余里，筑城鄣列亭至庐胸”，世称“光禄塞”或“光禄城”，或径称“武帝外城”。这是一条复线长城还是长城外的一些不相连续的城鄣列亭？历代史学家对此意见分歧很大。近年来，有不少考古工作者进行过实地勘查，一致肯定它是一条复线长城，而且分为南北两条，只是对个别路段的走向看法稍有出入。一种意见认为，武帝外城位于阴山以北，分南北两条，都向西北方向伸延，两条走向近似平行，间距5—50 公里左右。南面的一条起自武川县境内，西越乌拉特中后联合旗、潮格旗，向西北方向延伸，进入蒙古共和国境内。北面的一条，东起达茂联合旗，西经乌拉特中后旗和潮格旗，伸入蒙古共和国境内，再转向南，与额济纳旗境内的长城相连接。另一种意见认为，这两条外城都是东起武川县西部哈拉合的中线长城处，蜿蜒西北行，经达茂联合旗、乌拉特中后联合旗、潮格旗西北进入蒙古高原。北面的一条，一直伸延到阿尔泰山中；南面的一条，折向西南，与居延塞外的长城鄣塞相连接。我们认为，像这样大面积的调查，出现个别路段走向出入是难免的。看来应有统一的组织，全面的复查，辅以现代的科学测绘记录，才能取得最后的结论。

　　西段长城系汉武帝经营河西走廊时修建，大约自额济纳旗的苏古诺尔湖畔起，沿额济纳河东岸至甘肃金塔县的北大河畔，西循北山山地南麓，经敦煌疏勒河畔，至玉门关为止。自玉门关往西，直到新疆罗布泊湖畔的古楼兰（鄯善），仍有不少汉代烽燧遗址，但已不见连接不断的城垣，故一般指玉门关为汉长城的西端。

　　秦汉长城是军事防御建筑，所经地带自然环境差别甚大，修筑方法大都因地制宜，就地取材。平地夯土筑造，山上石块垒砌，在陡峭的崖壁处，则利用崖壁作墙身，或稍加修筑而成；在两山夹峙的山口，则采用土石混合构筑。一般他说，夯土筑造的长城，墙身大都毁坏不存，现在仅能见到墙基痕迹。墙基宽4—6 米不等。“武帝外城”受自然侵蚀尤为严重，现在只能见到间断的缓缓隆起的土梁。石块垒砌的长城，石墙下宽上窄或两壁垂直都有，高宽各4—5 米，保存较好。不论夯筑石砌，有不少地段都遗留有屡次修缮的痕迹。

　　长城沿线的诚郭鄣塞长城沿线内侧，遍设边城。这些边城，多半属于屯戍性质，一般小于内地县城。有的边城使用时间很长，与内地县城无甚差别。城内有官署，有民居，有街道；城外有墓地，有的还附有城鄣、烽燧。到目前为止，已发现的秦汉长城沿线城址不下一百座。其中托克托古城村城址、准格尔旗瓦尔吐沟城址、宁城县黑城子城址、奈曼旗沙巴营子城址等少数城址，可以确定始建于战国或秦代，西汉仍沿用；其他大部分城址应是西汉时期（主要是武帝及其以后）设立的。

　　边城城郭一般用夯土筑造，除个别外，城门都设在南城垣正中。城垣平面有四种形式：（1）方形或长方形，一般每边长420—600 米。磴口市布隆淖城址、兰城子城址和奈曼旗沙巴营子城址等属于这种形式。

　　（2）呈回字形。城垣内外两重，平面均呈方形。外城垣每边长1000 米左右，内城设在外城内中间，每边长200—250 米。官署设在内城，内外城之间为屯戍建筑和民居。磴口市陶升井城址、乌拉特前旗三顶帐房城址、呼和浩特塔布秃城址等属于这种形式。

　　（3）城中也设子城，但子城位于城内一隅，城垣规模略小于回形城。呼和浩特二十家子城址、托克托哈拉板申城址、奈曼旗西土城子等属于这种形式。

　　（4）形状不规整。夯土城垣有曲折，如杭锦后旗太阳庙等少数城址。

　　在已发现的边城中，有十八座可与史籍记载中的秦汉郡县相印证。例如磴口市布隆淖古城为朔方郡临戎县城址，乌拉特前旗三顶帐房城址为五原郡郡治，托克托县古城村城址为云中郡郡治，准格尔旗瓦尔吐沟古城为西河郡广衍县城址，丹东叆河尖古城为辽东郡西安平县城址，等等。

　　长城内外，凡重要的关口和适于瞭望的地方，都设置鄣塞、烽台。西起玉门关，东至奈曼旗沿线，发现不下数百处，有一部分已作了发掘。

　　鄣塞是边城派出的鄣尉所在，规模较小，形同后世哨所。一般设有围墙。围墙有石砌，有土筑。平面方形，每边长数十米至100—200 米。鄣门一般设在南垣，作瓮城形。城四角有的向外斜出，形同后代“马面”设施。公元1972—1976 年在额济纳河流域发掘的居延破城子甲渠候官遗址、甲渠塞第四燧遗址和肩水金关遗址，都属于这一类建筑。内蒙古西部黄河北岸的乌兰布和乃格隆山口的鸡鹿塞、潮格旗“武帝外城”内侧的朝鲁库伦石城等，也属于这类建筑。