军事上实行卫所制，洪武四年1371置大同都卫沼白关城。洪武八年1375改为山西行都指挥使司。洪武二十五年1392徙治大同。初领卫二十六，管辖范围：东至北京的居庸关西起黄河转弯处的偏关，东西延绵千余公里，南北亦有数百公里。其范围之大，实属九边之首。后领卫十四，有大同前卫、后卫、左卫、阳和、天成、威远、平鲁、云川、玉林、镇鲁、高山、宣德、东胜。洪武二十九年1396置公守冀北道，驻大同，嘉靖中移驻朔州。永乐六年1408置巡抚都御史。永乐七年1409置大同镇，设镇守总兵官，为镇之最高指挥官。成化七年1471设巡抚。正德八年1513设总制，辖13卫所，823堡寨，307座墩台。大同分4道，辖9路，驻军最多时达135778员，战马51654匹。时有“大同士马甲天下”之称。
清顺治二年1645五月，清王派恭顺候吴惟华攻大同，姜襄将驻同农民军将领张天琳等杀死，投降清军。清大同府治大同县，初因明治，领州四县七，隶属山西布政司，后改为山西省。顺治五年1648姜襄降而复叛。次年，多尔衮亲自督战围城达9个多月，城破后，清军对大同进行了最野蛮的屠城，除杀献姜襄人头的杨震威等23员及其家属外，其他所