永乐年间（1403年~1424年），明成祖为加强对地方的控制和边疆防务，开始派遣武臣充总兵官镇戍地方。宣德（1426年~1435年）、正统（1436年~1449年）年间，镇守总兵官体制逐渐从边防、海防地区推广到腹里、京畿地区。于是，“凡天下要害地方，皆设官统兵镇戍。其总镇一方者，曰镇守；守一路者，曰分守；独守一堡一城者，曰守备；与主将同守一城者，曰协守。又有提督、提调、巡视、备御、领班、备倭等名”。隆庆（1567年~1572年）至万历（1573年~1619年）初年，全国各省和边境地区都普遍建立了镇戍军，据万历《明会典》记载，各地镇戍军编制如下：
蓟州镇 设镇守总兵官1人，协守副总兵3人，分守参将11人，游击将军6人，统领南兵游击将军3人，领班游击将军7人，坐营官8人，守备8人，把总1人，提调官26人。
昌平镇设镇守总兵官1人，分守参将3人，游击将军2人，坐营官3人，守备10人，提调官1人。
辽东设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将5人，辽东游击将军8人，守备5人，坐营中军官1人，备御19人。
保定镇 设镇守总兵官1人，分守参将4人，游击将军6人，坐营中官1人，守备7人，把总7人，忠顺官2人。
宣府镇 设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将7人，游击将军3人，坐营中军官2人，守备31人。
大同镇设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将9人，游击将军2人，坐营中军官2人，守备39人。
山西设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将6人，游击将军1人，坐营中军官1人，守备13人，操守2人。
延绥设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将6人，游击将军2人，人卫游击4人，守备11人，坐营中军官1人。
宁夏设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将4人，守备3人，备御领班2人，坐营中军官2人，管理城镇都司1人，领班都司2人，管理水利屯用都司1人。
甘肃设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守副总兵1人，分守参将4人，游击将军4人，坐营中军官1人，守备 11 人，领班备御都司4人。
陕西 设镇守总兵官1人，分守副总兵1人，分守参将4人，陕西游击将军4人，中军官1人，守备8人，坐营中军官1人。
四川 设镇守总兵官1人，分守副总兵1人，协守参将2人，游击将军2人，守备6人，总兵坐营官1人。
云南设镇守总兵官1人，分守参将3人，守备2人，巡抚中军坐营官1人。
贵州设镇守总兵官1人，分守参将2人，守备7人，巡抚中军官1人。
广西设镇守总兵官1人，分守参将5人，守备3人，总兵坐营官1人。
湖广设镇守总兵官1人，分守参将3人，守备11人，把总1人。
广东设镇守总兵官1人，协守副总兵1人，分守参将7人，练兵游击将军1人，守备5人，坐营中军官2人，把总4人。
南直隶 设提督狼山副总兵1人，镇守江南副总兵1人，分守参将2人，游击将军1人，守备6人，凤阳军门中军官1人，把总13人。
浙江设镇守总兵官1人，分守参将4人，游击将军2人，总捕都司1人，把总7人。
江西设分守南赣参将1人，守备4人，南赣团操1人，把总6人。
福建 设镇守总兵官1人，分守参将1人，守备3人，把总7人，总兵下坐营官1人。
河南 设守备3人，领镇班都司4人。
山东 设总督备倭都司1人，领蓟镇班都司4人。
天启年间（1621年~1627年）曾增设镇守山东总兵官1人。另外，还设总督漕运总兵官1人，协同督运参将1人，把总12人。
各地镇戍军主要从各卫所抽调，但也有相当多的军卒由招募而来。镇戍军以营为基本组织单位。它的组织即称兵营，兵称营兵。各地各镇兵营，军卒多寡，没有统一规制。从总兵到把总所领之兵
均可独立成营，人数参差不齐，编制规模悬殊，不像卫所军那样整齐划一。有的营制，以“五十人为队，队有管帖二人。五百人为司，司有把总一人。千人为哨，哨有千总一人。三千人为营，营有中军一人”。有的则是“伍人为伍，二伍为什，外立什长一名。三什为队，立队长一名。三队为哨，外立哨官一员。五哨为总，外立把总一员。五总为营，俱属主将一员”。《阵纪》作者何良臣称：“臣之编法，五人为伍，五伍为队，五队一百二千五人为哨，五哨六百二十五人为总，五总三千一百二十五人为营，五营一万五千六百二十五人为镇。”嘉靖年间，山东镇戍军基本上按3000人编一营。据万历《明会典》有关记载，“嘉靖二十二年（1553年）议准，将山东民壮快马步精选六千，分为二营”。嘉靖四十二年（1563年），“又议准，山东民兵自四十三年正月为始，务选足三千之数，推参将一员训练”。
杰出军事家戚继光在隆庆年间（1567年~1572年）以都督同知衔总理蓟州、昌平、保定、辽东四镇练兵，步兵营即按部、司、局、旗、队序列编制。以12人为一队，每队设队长1人；3队为一旗，每旗设旗总1人，全旗官兵37人；3旗为1局，每局设百总1人，官兵共112人；4局为一司，每司设把总1人，官兵共449人；2司为一部，每部设千总1人，官军共899人。3部为一营，设将官1人，中军1人，火器把总1人，加上部以下官兵2697人，总计全营2700人。其中，鸟铳手1080人，占全营编制总额的40%。加上火箭手，全营使用火器的士兵约占50%左右。当时，戚继光编练了7个步兵营，兵力约2万人。
戚继光还编制了7个骑兵营，亦2万人，编制与步兵营相同，全营官兵总共2700人。其中，鸟铳手432人，快枪手432人。每营装备有虎蹲炮60门，按每门编炮手3人计，炮手180人，合计枪炮手1044人，占全营编制总额38.7%。加上火箭手，骑兵营使用火器的士兵也占编总额50%左右。戚继光编练的骑兵，是中国骑兵史上最早的骑炮兵，具有世界领先的意义。
戚继光所建的车营编制，与步、骑营兵略有差异，营下辖2部，部设千总1人；每部辖4司，司设把总1人；司辖4局，局设百总1人；局编2联，联编2车，每车配佛郎机炮2门，兵20人。总计车炮官兵2604人，炮车128辆，载佛郎机256门。另外，每营在炮车之外，又配有鼓车2辆，编士兵20人；火箭车4辆，编士兵40人；坐车3辆，编士兵30人；大将军车8辆，编士兵160人，合计编制官兵250人。因此，满员的车营编制，包括杂役人员在内，共计3109人，使用火器的士兵所占比例为总人数的41%。车营将炮车的机动性和佛郎机的摧毁性杀伤力结合起来，形成了一个新的兵种。就戚继光车营装备的佛郎机比例而言，处于世界领先水平，是中国军队装备编制史上一大创举。戚继光所建车营也为7个营，总兵力亦在2万以上。
此外，戚继光还建立了3个辎重营。每营设将官1人，中军1人，下统2千总；每干总下统2把总；每把总下统4百总；每百总统领5名车正。车正管车1辆，上载佛郎机2门，编制士兵20名。全营共编官兵1624名，加上杂役人员，总计1908人，其中佛郎机手480人，鸟铳手640名，合计1120人，占全营编制总额58%以上。辎重营还装备有160门佛郎机和640支鸟铳的全套附件。将这些因素计算在内，辎重营使用火器士兵的比例超过60%。可见，戚继光编练的辎重营，远不是一般意义上的后勤保障队，它既是后勤输送和物资保障单位，同时又是机动性和火力很强的战斗单位。
镇戍兵营之营官，有的从卫所抽调，有的由将领自行任命。卫所军官为世袭，兵营营官不世袭。兵营与卫所没有统属关系。明中叶后，实际担任作战任务的是营兵，卫所主要职责是管理军户和屯田。明代地方驻军的编制，实际上是卫所制和营兵制并存。
但是，镇戍营兵和卫所军一样，日益腐败，纪律松弛，逃亡众多。“朝投此营领出安家月粮而暮进彼营；暮投河东出家银两而朝河西……领饷有之，及闻告警而又去其半。"卫所制和营兵制的废弛，是明朝灭亡的重要原因之一。
明朝地方镇戍军，以步兵为主，也有一定数量的骑兵。火器使用已相当广泛，戚继光军火器装备优良，组织编制先进，适应了冷兵器与火器并用的时代潮流。至于其他地方军火器装备水平也有了进步。明朝前期，沿海各卫所都有船只，供海上巡逻之用。洪武二十二年（1390年）规定“滨海卫所每百户置船二艘，巡逻海盗贼，巡检司亦如之”。可知每卫战船应在百艘以上。明中期，为了抗御倭寇，东南沿海组建了专门的水军，装备较多的火器。总起来说，明朝的地方军多兵种，以步兵为主，包括骑兵、炮兵和水军。
