明初，为了对付蒙古鞑靼抢掠，徙其民于陕西，宁夏边境造成无民居住的“真空”地带，今银川至中卫大片地带“唯空城尔”。洪武九年（1376年）六月，明政府在宁夏开创军卫制的同时又移民实边，从山西洪洞县大槐树迁发来大量移民，在搞军屯的同时又搞民屯。政权形式实行“镇卫所制”，即总镇—卫—所—屯堡—烽堠体系。军政合一，以加强边防力量。
明正统以后，为防御强大蒙古鞑靼、瓦剌的侵扰，明王朝在东起鸭绿江、西至嘉峪关的万里边防线上，设立了“九边重镇”，宁夏总镇为其一。宁夏总镇上隶陕西都指挥使司节制，辖宁夏五卫（宁夏卫、宁夏前卫、宁夏左屯卫、宁夏右屯卫、宁夏中屯卫），辖区又分五路，南路邵刚堡（在今青铜峡市境内），北路平虏城（今平罗县），中路灵州（今灵武市），东路后卫（即花马池，今盐池县），西路中卫（今中卫市）。迁五方之人实之，以左屯卫军余屯种于中卫。这样，宁夏及中卫地区的居民成分发生了全新变化，迁来之民以吴、越居多，带来了江南的风俗和文化，“故彬彬然有江左之风”。这次移民，为中卫乃至全宁夏居民的发展奠定了基础。
建文元年（1399年），由于中卫在边防守御中的重要性上升，遂设宁夏中卫指挥使司，建都司署，直接隶属陕西都司指挥，以6000名军卒戍守。军政建制是卫下置守御千户所，百户所，总旗，小旗。时，中卫有千户所5个，百户所50个，百户所以下有总旗、小旗，管辖地域涉及今中卫、中宁地区。每千户所管辖10个百户所，编制1120人，每百户所编制112人，50人编为总旗，10人定为小旗。这些卫所的建立奠定了自明代以来中卫的城乡分布格局，后来，虽然不少名称早已阙如，但还有一些卫所名称一直传留到新中国成立初期，今天，年过70的老年人都还耳熟能详。如：前所营（讹传为千岁营，即今柔远镇镇靖村），中所营（今柔远镇所在地），二百户（今永康镇永丰村），四百户（今中宁县恩和镇），五百户（今永康镇所在地），七百户（今宣和镇所在地）。这些千户所、百户所虽无典籍记载其起始年代，但民间流传的顺口溜“先有前岁（所）营，后有中卫城”，可以说明它们所建的年代应在中卫城垣始建之前。
中卫香山地区不属“中卫”管辖，当时是明朝皇帝朱元璋十六子庆王朱栴的牧场封地，由王府的内管王成驻校尉川督管（在原香山红泉乡），分设东4旗、西4旗及72水头。这是皇帝分给儿子的封地，乃是国中之国，不属地方政权管理。
广武营始隶宁夏中屯卫管，顺治年间裁中屯，归并到右卫，凡征粮纳草、学校、户籍都有右卫负责，但所征粮草由中卫千总代收，再有中卫千总划拨给广武营兵马，西路厅官员往来的费用供应也有中卫千总负责。这是因为广武田亩应纳粮料草束原交玉泉营大坝仓厫，由右卫管理，但大坝和广武之间有分水岭相隔，运输艰难，后总督部院批示，改有中卫千总借寓右卫地方（广武城内）代收广武粮草。这种政权、财权分开管理的情况，到雍正初年中卫设县后，才全部归属中卫管理。
中卫设“卫”后，随着军事守御的需要和防卫力量的加强，明代沿边又建城池、筑屯堡、修长城，防御功能大大增强。
中卫城垣始修年代失考，元为应理州城。至明，多次增修扩建：正统二年（1437年），都指挥仇廉将原州城4里3分增修为5里8分；天顺四年（1460年）参将朱荣将原城垣扩建为周长7里3分，池阔7丈8尺，浚深1丈，堤植杨柳，又建东西二城门，东曰“振威”、西曰“镇远”；嘉靖三年（1524年），参将周尚文又开建南门，曰“永安门”。后来历任官员和驻守将领又先后将土筑的城墙瓮以砖石，又续建了东关，也瓮以砖石，并开东西二门。至此，中卫城垣修筑基本完善。
清康熙四十八年（1709年），中卫发生7.5级大地震，城垣及城内设施倒塌严重，遂在原址复修重建，完善的城垣南北促，东西长，若舟形。城墙高2丈4尺，底宽2丈5尺，顶厚1丈5尺，上有女墙，高5尺9寸。原有的三道城门上均有城楼，城门外又有瓮城，东城门外的瓮城门向南开，南城门外的瓮城门向东开，西城门外的瓮城门向南开。这种两道城门的设置，在冷兵器世代，可以把少量敌人放入第一道城门后再围起来消灭。在三座城门外跨越环城壕沟处都建有桥：东曰“大通桥”，西曰“镇远桥”，南曰“绿杨桥”。城垣东北、西北、西南均建有角楼，东南角建文昌阁。城垣上还建有防止敌人进攻的敌楼8座、门台6座、炮台14座。道光二年（1822年）知县李隶通又在城门外三道桥上各建两木牌坊：东坊一名“紫气朝来”，一名“银川门户”；西坊一名“爽挹西山”，一名“鸣沙保障”；南坊一名“襟带河流”，一名“眴卷古邑”。
城内有都司署、副将署等军政衙门，有庙宇和商业店铺、文化教育设施，这些设施和私人住宅组成了东西大街及多条巷道。新鼓楼、旧鼓楼建在东西大街通衢处；从东到西分布有副将署、中卫驿、文庙、学署、行台、城隍庙、县署、典史署、都司署；通往南门的街道上有应理仓、兵机库、应理书院、文昌阁等；城东北隅有草市场、米粮市；城北垣有高庙、保安寺，还有以关帝庙、城隍庙、八腊祠、马神庙等为代表的九寺十八庙分布在城内各条街巷中。东城门外有演兵校场，南城门外有先农坛、风、云、雷、雨、山川坛，城西南有社稷坛（土神、谷神）等。中卫这一名称从明一直延续到今，历史上形成的设施大都保存到民国时期。
除中卫城外，较大的城池还有广武、枣园、石空、镇罗堡，居住人口较多，时称西路四完城。
广武城，在县东二百里，旧志云：“西河要冲，又山环河绕，密迩边塞，为灵夏之襟带，实固靖之藩屏。”明正统九年（1445年），巡抚金濂以其地当西路之冲，负山河之阻，奏请筑城，调中右卫官军驻扎，由都指挥负责防守，其后改游击负责防守。后有改建、扩建。
枣园城，弘治元年（1488年）建，至乾隆四年（1739年）重修，周围424丈6尺，向南门一，城瓮以砖石，建城楼两座。设把总防守。
石空城，在县东90里。万历十三年（1586年），巡抚张一元题建，设守备驻防，周围508丈2尺。乾隆四年重修，向南门一，上建楼，瓮城瓮砖石。土垣女墙都很完善，城门3座，角楼4座，炮台2座，北城台建有玉皇阁。
镇罗堡城，在县东30里，弘治元年建，设把总防守。乾隆四年重修，向南门一，瓮城瓮以砖石。城楼三，角楼四，炮台二。
此外，于万历四十三年（1616年），在县西南50里，建古水城，沟通芦沟、靖远，联络香山，潜通固靖。
堡寨是在百户所的基础上形成的。每屯100户，若干屯组成一堡，筑大堡一处，环以土城，围以壕堑，军民居于内。有警，人畜皆入内固守，这就适应了防御敌人突然袭击的需要。中卫境内共修筑屯堡18个，有柔远堡、镇靖堡、镇罗堡、宣和堡、永康堡、常乐堡以及永兴、石空、张义、枣园、恩和、新宁安、宁安、古水各堡，还有渠口、张恩、铁桶明时属广武管辖，香山属庆藩王。这些屯堡当时不仅起到防御敌人的作用，也为以后的人口定居、发展起到积极作用，今天的许多乡镇就是在那时候屯堡的基础上发展起来的。
明代中卫地区实行军事管制制度和军屯经济制度，军人实行“三分守边，七分屯种”，以应付常年所处的战争状态。随着战事的需要，朝廷另委派将领统领边防军务，以加强戌卫力量。宣德初于中卫设都指挥守备，正统八年（1444年）设分守左参将，建参将署（后改副将署，署址在今世和新天地）统领宁夏西路军务，宁夏西路由此始。万历十三年（1585年），石空寺堡设守备一员，万历四十一年（1613年），古水堡设守备一员。另，广武堡也在此前后设守备一员，继改协同，后改游击。
除筑屯堡外，中卫境内还修筑了长城，现有典籍可考者多见于明代，时称“边墙”“西长城”。
西长城位于城区西北部，跨越黄河两岸，因河分为两段：一段位于中卫黄河以北，修筑于明成化年间（1465~1487年）。由迎水桥镇黑林村西沙嘴起，沿腾格里沙漠东部边沿及卫宁北山南坡而行至胜金关，长90公里，在中卫黄河以北地区形成半圆形防卫圈。一段位于中卫黄河之南，修筑于明隆庆五年（1517年），由甘肃靖远县芦沟堡进入中卫城区南长滩，然后沿黄河东行至常乐镇下河沿，长约70公里；黄河南岸长城的终点与黄河北岸长城的起点隔河遥遥相望，一在河之上，一在河之下，两头相错数里不能衔接。
位于胜金关以东今中宁县境内的长城，逶迤于山坡、山脊之上，这段长城起自中宁县双山口之南的永兴，经黄羊湾、二道口子、金沙至双山口，转向东北行，经平摊湖西边墙湾，北行出中宁进入青铜峡。自双山口起至广武界止，长100余里。据《弘治宁夏新志》记载，是明代成化年间，巡抚都御史贾俊奏筑的。
为了加强战时信息的传递，还在长城上以及长城沿线设置了墩台。墩台也称烽火台、狼烟台、烽燧。烽燧是古代边防报警的信号，置于黄土夯筑的四方土台之上，其上竖高架，架上挂笼子，笼中装枯草干柴，有敌来犯，则点燃柴草，发出火光作为信号，称“烽”。另外还堆积着许多准备燃烟用的柴草，称“燧”。白天燃燧，夜里点火。点燃时加硫磺、硝石等助燃，放烟时同时鸣炮。成化二年（1466年）的法令规定：“边堠举放烽炮，若见敌一、二人至百余人，举放一烽一炮；五百人二烽二炮，千人以上三烽三炮；五千人以上四烽四炮；万人以上五烽五炮。”这些防卫设施构成一套完整、严密的防御体系。
中卫长城遗址，是中华民族万里长城的重要组成部分，再现了中卫古代政治、经济，尤其是所处的军事地位。今天，古长城和烽火台虽已失去了往昔的军事屏障作用，但随着时代的进步，演变为点缀祖国壮丽河山的独特人文景观。现均被列为国家级文物保护单位。