Theo Jane Hamilton-Merritt, thì vào ngày 8 tháng 5, sau khi Việt Minh kiểm tra số tù binh thì có 11.721 binh lính quân đội Liên hiệp Pháp đã bị bắt, trong đó 4.436 người đã bị thương, số còn lại cũng đã suy kiệt nặng về sức khỏe do thiếu ăn, thiếu ngủ và bị bệnh truyền nhiễm. Đây là số lượng tù binh lớn nhất Việt Minh từng bắt giữ: 1/3 số tù binh bị bắt trong cả cuộc chiến.

Người phụ trách y tế là Thiếu tá, bác sĩ phẫu thuật Grauwin nói với tướng Giáp: "Thương binh chúng tôi còn nhiều, họ nằm rải rác ở các hầm. Các ông bắn ác liệt quá, không thể chuyển được, ùn lại khoảng 600-700 người. Toàn là thương binh nặng các hướng dồn về, còn số thương binh vừa và nhẹ nằm ở các đơn vị tôi không rõ số lượng, nhưng biết họ đang ở trong tình trạng vô cùng tồi tệ, có thuốc cũng khó cứu nổi. Phòng mổ cũng là nơi chứa thương binh. Trời mưa, hầm nào cũng bùn lầy ứ đọng, thương binh phải nằm 2-3 tầng. Vệ sinh tệ hại, xin các ông giúp đỡ họ". Hồ Chủ tịch đã chỉ thị: "Hãy cứu chữa và săn sóc họ. Vì họ là người thua trận..." [31]

Trong số 11.721 tù binh, có 858 lính Pháp bị thương nặng và 1 nữ y tá đã được trao trả ngay cho Hội Chữ thập Đỏ, số còn lại được dẫn về các trại tù binh.[32] Howard R. Simpson, phóng viên của Mỹ, cũng viết trong sách của mình rằng một số tù binh chiến tranh khi trở về cho biết "họ phải ăn uống rất kham khổ, đó là sự thật, nhưng khi nhìn lại thì thấy bộ đội Việt Nam ăn uống còn khổ hơn".[cần dẫn nguồn] Theo Võ Nguyên Giáp thì họ rất xúc động vì nước Việt Nam trong điều kiện còn thiếu thốn như thế mà vẫn chăm sóc tù binh chu đáo, đối xử với họ rất nhân đạo.[31]

Tuy nhiên, trên đường hành quân về hậu phương của Việt Nam Dân chủ Cộng hòa cách Điện Biên Phủ 600 km, họ xuyên rừng, lội suối, đi bộ hơn 30 km mỗi ngày, qua những con đường mới làm. Đoàn tù binh bị hao hụt dần vì bị máy bay của Pháp dội bom xuống hằng ngày,[33] bệnh tật thường xuyên hoành hành đặc biệt là sốt rét, kiết lỵ, thương hàn do lính Pháp đã sống trong điều kiện mất vệ sinh quá lâu. Khẩu phần ăn tương đương với bộ đội Việt Minh vẫn không đủ với thể trạng to lớn của người Âu-Phi. Trong số 7.573 tù binh bị dẫn về hậu phương có 3.290 người (phần lớn mang quốc tịch Pháp) được trả tự do, số còn lại chết vì nhiều lý do.[34][35]

Số tù binh ở Điện Biên Phủ gồm nhiều quốc tịch khác nhau, được gọi là đơn vị lính lê dương người nước ngoài (légion Etrangère), trong đó có nhiều người là dân các nước thuộc địa Pháp ở Bắc Phi, Trung Phi, cả người Trung Âu (Đức, Áo…) trong đó lính Đức chiếm đến 80% lực lượng lê dương tại Đông Dương mà phần lớn được tuyển mộ từ lực lượng tù binh phát xít Đức.[35] Số tù binh này được bố trí những cuộc nói chuyện, trao đổi ý kiến ở những giờ gọi là "lớp học" về chủ nghĩa thực dân. Một số sau khi trở về Tổ quốc đã chiến đấu chống Pháp để giành lại độc lập cho quê hương.[27]

Ngoài số tù binh là lính lê dương Pháp, QĐNDVN cũng bắt được 3.091 lính bản xứ người Việt phục vụ cho Pháp (Quân đội Quốc gia Việt Nam). Số tù binh này một phần trở về quê quán, phần khác lại theo Pháp tập kết vào Nam tiếp tục phục vụ. Có người trở thành chỉ huy cao cấp trong tổ chức hậu thân là Quân lực Việt Nam Cộng hòa, như Phạm Văn Phú sau này trở thành thiếu tướng của Việt Nam Cộng hòa).