明政府為了使命往來、遞送公文和輸運貢品物資的方便，在元代原有驛站的基礎上，恢復了奴兒干通往內地的驛傳。主要幹線在歷史記載中被稱為「海西東水陸城站」，從永樂七年（1409年）開始修建，到永樂十年（1412年）正式建成，北起奴爾干都司治所特林之西的滿涇站，南抵海西的底失卜站（黑龍江雙城縣境內），共有四十五個城站，然後經遼東都司直達北京，全長達兩千五百公里。

都司衛所，是明代的地方軍事機構。在宣德年間，都司衛所的設置成為定製。全國一共有十六都司、五行都司和二留守司。明代的十三布政使司都各有一個都司，長官稱為都指揮使，與布政使司同治一地，掌管一省的軍政，統轄所屬衛所。這十三個都司是：①山東都司，治濟南府；②浙江都司，治杭州府；③江西都司，治南昌府；④福建都司，治福州府；⑤湖廣都司，治武昌府；⑥山西都司，治太原府；⑦河南都司，治開封府；⑧廣東都司，治廣州府；⑨廣西都司，治桂林府；⑩陝西都司，治西安府；⑪四川都司，治成都府；⑫貴州都司，治貴陽府；⑬雲南都司，治雲南府。

哈密，即今天的新疆哈密，其地處西域要道，「東接甘肅，西距土魯番，為西域諸國之喉咽」。因此，明代對這個地方非常重視。洪武年間，朱元璋因哈密國王兀納失里阻遏西域朝貢使者，曾發兵攻破其城。明軍撤回之後，兀納失里繼續統治其地，並向明王朝進貢。明成祖朱棣即位后，即遣使到哈密進行招諭。永樂四年（1406年），設哈密衛，封授當地畏兀兒、哈剌灰等族首領為指揮、千戶、百戶等職，又派漢人官員前去協同處理當地事務，目的是「欲其迎護朝使，統領諸番，為西陲屏蔽」。

從表面上看，明代在藏區所設置的都司衛所採用的是軍事管理方式，但實際上這不過只是一種名義而已，真正在藏區發揮管理效用的還是那些不同派別的喇嘛首領，因此，明代統治者還實行多封眾建政策，不斷給這些宗教首領加封「國師」、「西天佛子」等名號，讓他們按照當地原有的習俗進行統治，化導民眾，共同尊奉明王朝。正是由於這一緣故，在整個明朝時期，西藏地區一直非常安定。

明代都司衛所的任務是對外防止侵略、鞏固邊防，對內鎮壓人民的反抗、維護中央集權的統治。國家有事，便由中央政府任命將領擔任總兵官，率領衛所軍士前去征戰。等到戰爭結束后，總兵官返回朝中，軍士們則回到自己原來的衛所駐地。

留守司主要是為了守護皇陵而設立，長官稱為留守。洪武十四年（九九藏書1381年）在安徽鳳陽府朱元璋的老家設置的中都留守司，就是專門守護皇陵的；而嘉靖十八年（1539年）在湖廣承天府（今湖北鍾祥）設立的興都留守司，就是為了專門守衛顯陵（嘉靖皇帝父親的陵墓）的。

行都司設在「邊境海疆」之地，治所不設在省會城內，用來輔助本省都司，管理一部分衛所。明代先後設置了以下的行都司：陝西行都司，治所設在甘州衛（今甘肅張掖）；山西行都司，治所設在大同府（今山西大同）；福建行都司，治所設在建寧府（今福建建甌）；四川行都司，治所設在建昌衛（今四川西昌）；湖廣行都司，治所設在鄖陽府（今湖北鄖縣）。

起初都司衛所設置時，是純粹的軍事機構，與地方行政沒有任何關係。但後來隨著邊境府州縣的廢除，該地民政便歸於都司衛所兼管。同時，在不設府州縣的地區又設置了都司衛所，既管軍事，又負責民政。這些衛所不僅是軍事組織，同時也是地方上的一級行政區劃，史書上把這部分地區的衛所，叫做實土衛所。其中的衛與府州相當，而所又與州縣大致同級。至於內地的衛所，由於設置在府州縣境內，軍戶及屯田錯雜於民間，不能自成區域，只是純粹的軍事組織，因此被稱為非實土衛所。

明朝時，東北黑龍江流域是女真人的居住地，明代中央政府陸續在那裡設置了一批羈縻衛所，用以統治或控制當地的民族。永樂元年（1403年），明成祖派遣邢樞、張斌等人前往奴兒干招撫，同年在女真各部設置衛所，第二年設立了奴兒乾等衛，任命當地的頭目把剌答哈擔任了奴爾干衛的指揮同知一職。這是明政府在黑龍江下游設立建置的開始。在此後的五年中，相繼又建立了一百三十二個衛所。

明代後期，奴兒干都司實際上已經不存在了，但所屬的建州衛等羈縻衛所依然存在。17世紀初期以後，奴兒干各衛逐漸為努爾哈赤建立的后金所統一。

明代中央政府的直轄版圖實際上是由兩種類型的地域組成的，一是布政使司府州縣系統，一個則是都司衛所系統。

明代中央政府除了委派官員對奴兒乾地區進行管理外，還不時派遣官員到這一地區進行巡察。從永樂七年到宣德七年（1409～1432年）不到三十年的時間里，太監亦失哈等人先後多次巡視奴兒干都司及其附近地區。其中在永樂十年（1412年），亦失哈與康旺等人巡視奴兒干各地以及苦夷（庫頁島）諸部落。康旺在奴兒干都司治所特林附近建立了一座供奉觀音的永寧寺，並在第二年鐫刻了《敕修永寧寺記》九*九*藏*書碑石。碑文用漢語寫成，碑陰則是對碑文的蒙古文與女真文的節譯。到了宣德八年（1433年），又豎立了一碑，正面額題《重建永寧寺記》，僅有漢語碑文。兩塊碑石上面的文字，都記載了明代中央政府設置、管理和經營奴兒干都司的情況。這不僅有力地證明了明王朝當時已對奴兒乾地區進行了有效的管轄，而且也反映了這一地區各少數民族之間的相互交流與促進。

哈密衛建立后，明成祖便以此為據點，招致別失八里等部，加強經濟與政治方面的聯繫與控制。由於當時哈密是西域諸國貢使通往明王朝京師的必經之地，因此哈密成為了明代的西陲重鎮，也是統治和管理西域諸國的政治、軍事與經濟重心。

明代對四川西部、青海、西藏一帶的藏族地區所採取的統治措施，基本上沿用元代的舊制，但也作了一定的變動。在開國之初，朱元璋就採取因其俗尚，以宗教方式進行化導的統治政策，來「制御」西藏。洪武二年（1369年）平定陝西后，即遣使進藏，廣行詔諭各地首領。第二年，明朝大軍攻下元朝吐蕃等處宣慰司的治所河州后，震驚了藏區原先元朝所委任的大小官吏。他們紛紛表示歸附明朝政府。洪武六年（1373年），故元烏思藏攝帝師等藏族首領到南京拜見朱元璋，明朝即對他們授予官職，並在藏區設立朵甘衛、烏思藏衛和河州衛，後來朵甘衛和烏思藏衛又升為朵甘都指揮使司和烏思藏都指揮使司。朵甘都指揮使司的轄區與元代朵甘思宣慰司相同，烏思藏都指揮使司的轄區則與元代烏思藏宣慰司相同。在這兩個都指揮使司之下，設置有指揮使司、宣慰司、招討司、萬戶府、千戶所等機構。對烏思藏西部的阿里地區，明朝還設置了「俄力思軍民元帥府」加以管理。到了明代後期，又改朵甘與烏思藏兩個都指揮使司為同名的宣慰司。

羈縻都司衛所是明代在少數民族聚居地區設置的都司衛所，由兵部直接統領。這些機構與正式的都司衛所比起來，中央政府對它們的控制較弱，各級長官都由當地的酋長、族首領擔任，明代中央政府發給敕書、印信，讓他們各統其眾，按照當地的習俗進行治理。這種情況與唐代所設立的羈縻府州十分相似。從地理分佈上看，這些羈縻都司衛所主要設置在東北、西北和四川西部、青海、西藏地區，與西南的土司、土府州縣同為置於少數民族聚居地區的地方政權機構。

至於其他三個都司及其所統轄的衛所，全都設置在邊地，這三個都司的名稱是：①遼東都司，治所在遼中衛（今遼寧遼陽），統轄相當於今九*九*藏*書天遼寧省的大部分地區；②大寧都司，先治大寧衛（今遼寧寧城西），轄區相當於今天河北長城以北及遼寧西拉木倫河以南地區，永樂元年（1403年），治所內遷到保定府（今河北保定）；③萬全都司，治所在宣府左衛（今河北宣化），轄境與今天河北省內外長城間的赤城、懷來以西與宣化、陽原以北地區大致相當。

到了清代初年，都司衛所有的被裁廢，有的改置為府州縣，於是便不存在了。

宣德十年（1435年），沙州衛被迫東移苦峪（今甘肅安西東南鎖陽城），正統十一年（1446年）又內遷至甘州（今甘肅張掖）。之後阿端衛也被廢掉了。成化年間，吐魯番已日益強大，屢占哈密，後來蒙古亦不剌、阿爾禿廝部進入青海一帶，安定、曲先、罕東等衛部眾先後散亡。嘉靖初年，哈密衛最終被吐魯番所吞併。至此，明代在西北地區設置的羈縻衛所全部喪失了。

在都司與行都司之下，設有衛所。衛所軍是明朝的常備軍，按衛、所兩級進行編製。衛是衛指揮使司的簡稱；所又分千戶所及百戶所。明太祖朱元璋在統一全國的過程中，下令廢掉元代的樞密、平章、元帥、總管、萬戶等官號，而把他們所率領的部下，每五千人為指揮，千人為千戶，百人為百戶，五十人為總旗，十人為小旗。

衛所又有京衛和外衛的區別。京衛除上直衛親軍及部分非親軍衛外，隸屬於五軍都督府；外衛即駐在地方的衛所，兩直隸的隸屬於五軍都督府，其他的則隸屬於都司、行都司、留守司。另有護衛王府的王府護衛和掌管侍衛儀仗的儀衛司，等級與千戶所相同。明朝的衛所置廢無常，根據史書的記載，明朝初年有內外衛三百二十九個，守御千戶所六十五個，到了明朝末年，變為四百九十三個衛，二千五百九十三個所，三百一十五個守御千戶所。

都司、行都司原來都是隸屬於大都督府的，朱元璋為防止中央軍權過於集中，在洪武十三年（1380年）下令，分大都督府為五軍都督府，於是都司與行都司又改屬五軍都督府。嘉靖以後，浙江、山東、遼東都司屬左軍都督府；陝西、四川、廣西、雲南、貴州都司及陝西、四川行都司屬右軍都督府；中都留守司、河南都司屬中軍都督府；興都留守司、湖廣、福建、江西、廣東都司及湖廣、福建行都司屬前軍都督府；大寧、萬全、山西都司及山西行都司屬后軍都督府。

衛所軍兵由特定的軍戶充當，從來源上看，大體可以分為「從征」、「歸附」、「謫發」、「垛集」等四類。「從征」就九-九-藏-書是原來參加農民起義軍的諸將所部兵；「歸附」就是元朝軍隊、元末各起義部隊和割據勢力部分向朱元璋投降的人；「謫發」就是由於犯罪而被罰充軍的人；「垛集」就是徵兵。其中的最後一類「垛集」，是明朝衛所軍隊的最大來源。這些軍戶都別立戶籍，稱為軍籍。在明朝，軍籍和民籍是有嚴格的區分的。軍籍屬於都督府，而民籍屬於戶部。衛所軍士不受普通行政官吏的管轄，在身份、法律和經濟地位上都與一般的平民百姓不同。如果普通的民戶中有一丁被招募成為了兵士，他的一家人便要永遠從軍，不能再脫離軍籍，成為世襲，而且還要住在被指定的衛所內。在衛軍士除本身為正軍外，其子弟稱為余丁或軍余，將校的子弟則稱為舍人。壯丁死亡或老病，便由次丁或余丁替代。如果衛所軍士一家已全部死亡，那就必須到原籍勾取同族的人前來頂丁。

西北嘉峪關以西、哈密以東，明代時是畏兀兒等族所居住的地區。明代對西北地區的經營，是明代對北部邊境防禦體系的一部分。明代初年，每次派兵出征蒙古，其西路軍的進軍方向就是西北地區。明軍攻佔一地后，為加強對那裡的管轄，往往設置羈縻衛所，招撫當地各族首領，命將屯兵據守。

在明代的十六個都司、五個行都司當中，也有實土與非實土之分。遼東都司就全是實土，萬全都司大部分為實土，大寧都司初治大寧路時全為實土，後來內遷僑治在北直隸保定府境內后，便不再有實土。內地的十三個都司及其所轄的衛所，由於設在各省的府州縣境內，絕大多數無實土，僅陝西、四川、湖廣、雲南、貴州五個都司轄有少數的一些實土衛所。在五個行都司中，陝西、四川行都司全為實土，山西行都司初為實土，正統中內遷山西大同府境內后，變為非實土，湖廣、福建二行都司無實土。另外，明代所設的二留守司都無實土。明代後期的政區版圖是由兩京十三布政使司與遼東、萬全兩個實土都司所組成的。實土的行都司與非實土的都司都是不被作為政區單位來看待的。

到了永樂七年（1409年），為了加強對衛所的管理，明政府接受奴兒干衛官員忽刺冬奴的建議，改奴兒干衛為奴兒干都司，任命東寧衛指揮康旺為都指揮同知，千戶王肇舟為都指揮僉事。永樂九_九_藏_書九年（1411年），太監亦失哈等率領一千多名官軍，二十五艘巨船，護送康旺等官員到亨滾河口對岸的特林地方，正式設立奴兒干都司，治所就設在元遼陽行省征東元帥府故地特林（今俄羅斯境內的黑龍江與阿姆貢河會合處的蒂爾），奴兒干都司的官員和駐防軍都住在這裏。奴兒干都司是明代中央政府管轄黑龍江口、烏蘇里江流域的最高一級地方行政機構。都司的主要官員初為流官，後為世襲，管轄區域十分廣闊，西北起斡難河（今鄂嫩河），北到北山（今外興安嶺），西南接遼東都司界，東包有苦兀（今庫頁島），東南達鬚鯨海（今日本海），南抵鴨綠江、阿也苦河（今圖們江），大約包括了今天的黑龍江、烏蘇里江、松花江流域，以及外興安嶺以北。永樂九年（1411年），明朝又征服了苦兀，轄境擴大到庫頁島（薩哈林島）。據史書記載，奴爾干都司在全盛時期，曾經擁有三百八十四衛、二十四所、七地面、七站、一寨的規模，明代政府任命當地首領擔任各羈縻衛所的都督、都指揮、指揮、千戶、百戶、鎮撫等職，給予印信，讓他們按照原有的習俗進行管理，定時朝貢。各衛所之間一般不互相轄屬（參見《奴爾干都司示意圖》）。

洪武元年（1368年），劉基奏立軍衛法，分屯設兵，控扼要害，於是在京師和全國各地便星羅棋布地設立了許多衛所。一般來說，軍事重要的一府之地設所，數府地區設衛。到了洪武七年（1374年）更定製度，每衛設前、后、中、左、右五個千戶所，如不止五所，則用前前、后后、左左、右右、中前、中后、中中、中左、中右等名。大約以五千六百人為一衛，一千一百二十人為一千戶所，一百一十二人為一百戶所。一衛統領十千戶所，一千戶所統領十百戶所，每個百戶所統領二總旗（每五十人為一總旗），一總旗統領五小旗（每十人為一小旗）。衛的長官稱指揮使，所的長官叫千戶、百戶。另有守御千戶所，獨處一地，以守御某地為名，除少數隸屬於衛外，大部分都直屬於都司。此外，還有以農牧為主的屯田、群牧等千戶所。

明太祖洪武年間，曾先後設置了河州（今甘肅臨夏）、西寧、岷州（今甘肅岷縣）、洮州（今甘肅臨潭）等衛。在其西境撒里畏兀兒安定王領地，設置了安定、阿端、曲先三衛（都在今青海西北部）。在嘉峪關以西設置了罕東（今青海青海湖東附近）、赤斤蒙古（今甘肅玉門市西北）等衛。到了永樂初年，沙州（今甘肅敦煌）蒙古部眾降明，明成祖又下令設置沙州衛。之後又在明代通往西域的要道上設置了哈密衛。