Quân đội của Cao Câu Ly là một sự kết hợp giữa quân đồn trú địa phương với lực lượng vũ trang của tư nhân. Theo lệ "Tập tước", chức vụ chỉ huy quân sự là cha truyền con nối, và không có bằng chứng nào cho thấy có sự hiện diện của một hệ thống chỉ huy quân sự đồng nhất. Hệ thống chỉ huy tập trung mãi đến thời của vương triều Cao Ly mới xuất hiện. Có lẽ trong thời chiến, quân đội được trưng tập một cách vội vã. Cao Câu Ly cũng duy trì một đội quân thường trực với quân số 5 vạn người.

Một tài liệu nhà Đường năm 668 ghi lại rằng Cao Câu Ly có tổng cộng 67 vạn 5 nghìn quân và 176 đồn binh vào thời điểm Cao Tạng Vương đầu hàng.

Tất cả mọi người dân Cao Câu Ly đều phải chịu sung quân, những ai không muốn sung quân phải đóng thêm một khoản thuế bằng gạo.

Những nhà khảo cổ học, khi thăm dò tại cố đô Quốc Nội thành và những ngôi mộ của các quốc gia cổ lân bang đã tìm thấy những đôi dép bằng đồng pha sắt có mấu nhọn dài khoảng 11 cm. Những vật này có thể đã được sử dụng với mục đích quân sự; những phiên bản tương tự đã tìm thấy ở các ngôi mộ hoàng gia Nhật Bản thời kỳ Kofun (Đại Hòa).

Trang thiết bị quân sự

Vũ khí tầm xa chủ yếu của Cao Câu Ly thời đó là cung Hàn,một loại cung xuất hiện khoảng thế kỉ thứ nhất trước Công nguyên và mạnh hơn hẳn các loại cung của người Trung Quốc. Loại cung của Cao Câu Ly đã được cải tiến, gồm nhiều lớp gỗ ghép lại với nhau vì vậy tính đàn hồi tăng cao, lực phóng tên có thể ngang ngửa với nỏ,nó có thể bắn 1 mũi tên đi xa 350 m và hiệu quả trong khoảng 145 m[34]. Nỏ và các khí cụ bắn đá cũng được sử dụng với quy mô nhỏ hơn. Các loại vũ khí dùng cán dài chủ yếu là giáo và dùng để chống lại kỵ binh. Có hai loại kiếm dùng trong quân đội Cao Câu Ly. Loại thứ nhất là thanh đoản kiếm lưỡi hai cạnh sắc, chủ yếu dùng để phóng như phóng dao. Loại thứ hai là thanh kiếm một cạnh sắc, với cán kiếm ngắn và chuôi kiếm nhỏ hình nhẫn - chịu ảnh hưởng lớn từ thiết kế đao kiếm của nhà Hán. Mũ trụ có hình dạng giống như mũ của các dân tộc vùng Trung Á, được trang trí với lông vũ, đuôi ngựa hoặc các chi tiết hình cánh. Khiên là công cụ bảo vệ chính, kích thước của nó che gần hết cơ thể của người lính. Lính kỵ binh được gọi là Khải mã vũ sĩ (鎧馬武士, 개마무사, Kaemamusa).

Thành trì

Loại thành trì phổ biến nhất của Cao Câu Ly là các thành hình mặt trăng, nằm giữa một con sông và chi lưu của nó. Hào nước và thành đất giữa các bờ sông tạo thành phòng tuyến bổ sung. Tường thành được làm bằng những khối đá lớn và vữa gắn kết chúng là đất, rất vững chãi, thậm chí các khí cụ công thành của Trung Quốc thời kỳ này cũng gặp rất nhiều khó khăn để công phá nó. Bao chung quanh tường thành là hào nước nhằm ngăn chặn địch quân đào đường hầm tấn công vào thành, và các tháp canh được xây dựng trên các tường thành. Tất cả các thành trì đều có nguồn nước, thực phẩm và công cụ đủ để chịu đựng một cuộc vây hãm của kẻ thù. Nếu thành nằm ở vị trí trống trải, các phòng tuyến bổ sung sẽ được xây dựng thêm.

Tổ chức quân sự

Hai cuộc đi săn lớn hàng năm - do nhà vua đích thân tổ chức, các cuộc diễn tập quân sự, diễn tập săn bắn và duyệt binh giúp cho mỗi người lính Cao Câu Ly đều nhận được mức độ huấn luyện cá nhân cao.

Lực lượng cấm quân tại kinh thành - do nhà vua trực tiếp chỉ huy - được chia làm năm đạo và có quân số khoảng 12 nghìn 5 trăm người, chủ yếu là kỵ binh. Các đơn vị quân đội dao động trong khoảng 21-36 nghìn người, đồn trú tại các địa phương và do quan lại địa phương quản lý. Quân đội tại các thuộc địa gần biên giới chủ yếu bao gồm thành phần binh lính và nông dân. Ngoài ra Cao Câu Ly còn có lực lượng quân đội của riêng các quý tộc phong kiến. Hệ thống quân đội như vậy cho phép Cao Câu Ly thường xuyên duy trì và sử dụng khoảng 5 vạn quân mà không phải tốn thêm chi phí và có thể huy động lên đến 30 vạn quân khi tổng động viên trong những tình huống nguy cấp.

Các đơn vị quân Cao Câu Ly được phân loại dựa theo vũ khí chính của binh sĩ: thương thủ, lính đánh rìu (phủ thủ), cung thủ gồm đánh trên bộ và cưỡi ngựa, kỵ binh nặng bao gồm các đạo quân thiếc kỵ và trọng thương. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như các đơn vị bắn đá, công thành và đột kích là một phần của các đơn vị đặc chủng và được thêm vào các đạo quân thông thường. Ưu điểm của cách phân loại theo chức năng này là có được các đơn vị chiến đấu có tính chuyên môn hóa cao; còn nhược điểm là khi chuyên môn sâu, một đội quân riêng lẻ không thể thực hiện các nhiệm vụ chiến thuật có tính phức tạp (đòi hỏi nhiều kỹ thuật khác nhau).

Chiến thuật

Khi dàn quân, các tướng lãnh chỉ huy với đội hộ vệ luôn đứng ở giữa đội hình. Lực lượng cung thủ được lính đánh rìu bảo vệ. Phía trước vị trí của các chỉ huy là lực lượng bộ binh chính của đạo quân, còn kỵ binh nặng được bố trí thành hàng ở hai sườn để sẵn sàng phản kích trong trường hợp đối phương tấn công hai bên sườn. Tiền quân và đoạn hậu là lực lượng kỵ binh nhẹ với nhiệm vụ trinh sát, truy kích, và làm nhụt bớt đà tấn công của quân địch. Xung quanh các lực lượng chính là các nhóm nhỏ bộ binh và kỵ binh nặng. Mỗi đơn vị được chuẩn bị để bảo vệ những đơn vị kia bằng cách hỗ trợ lẫn nhau.

Cao Câu Ly thực hiện chiến lược phòng thủ chủ động dựa trên các thành thị của họ. Bên cạnh các thành thị được che chắn bằng tường thành và những tiền đồn vững chắc, hệ thống phòng thủ chủ động này sử dụng những nhóm nhỏ kỵ binh liên tục quấy rối quân địch, các đơn vị giải vây và các lượng lượng dự bị thiện chiến bao gồm những chiến binh dũng cảm nhất, tấn công mãnh liệt vào cuối trận chiến.

Cao Câu Ly cũng nuôi dưỡng lực lượng quân thám báo và dùng mưu mẹo như là một bộ phận quan trọng trong chiến lược quân sự của mình. Cao Câu Ly rất tài tình trong việc làm sai lệch thông tin, ví dụ như chỉ cống nạp các mũi giáo bằng đá cho triều đình Trung Quốc trong khi họ đã bước sang thời đại kim khí. Cao Câu Ly cũng phát triển hệ thống tình báo của mình. Một trong những điệp viên nổi tiếng nhất của Cao Câu Ly là Bạch Thạch (Paeksŏk, 백석, 白石) - được nhắc đến trong Tam quốc di sự - đã xâm nhập vào hàng ngũ Hoa Lang (花郞, 화랑, Hwarang) của Tân La.