Phía Việt Nam Cộng hòa có 4 chiến hạm là Khu trục hạm Lý Thường Kiệt (HQ-16), Hộ tống hạm Nhật Tảo (HQ-10), Khu trục hạm Trần Bình Trọng (HQ-5), Khu trục hạm Trần Khánh Dư (HQ-4), 1 đại đội hải kích thuộc Hải quân Việt Nam Cộng hòa, một số biệt hải (biệt kích hải quân) và 1 trung đội địa phương quân đang trú phòng tại đảo Hoàng Sa.[20]

Phía Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa có 4 chiếm hạm trực tiếp tham gia trận chiến là: 02 tàu chống ngầm hạng nhẹ lớp 6604 (nhái theo lớp Krondstadt của Liên Xô) mang số hiệu 274 và 271, 02 tàu quét thủy lôi lớp Type 010 (nhái theo tàu lớp T-43 của Liên Xô) mang số hiệu 389 và 396. Ngoài ra, có 2 ngư thuyền ngụy trang số 402 và 407 làm nhiệm vụ chở lính.[20] Ngoài ra, phía Trung Quốc còn có lực lượng thuộc Trung đoàn 10 Hải quân Lục chiến, trinh sát (khoảng 500 binh sĩ). Sau khi trận chiến đã kết thúc, thì tàu chống ngầm số 282, tàu chống ngầm số 281 mới đến tăng viện, coi như không tham chiến.

Về vũ khí trên các tàu, phía Việt Nam Cộng hòa có:

• HQ-05 Trần Bình Trọng: nguyên là Tàu khu trục lớp Barnegat. Choán nước 2.800 tấn, vận tốc tối đa: 18 knots (33,7 km/h). 1 pháo mũi cỡ 127mm, 10 nòng pháo 40mm bắn nhanh, gồm 4 khẩu 2 nòng quanh đài chỉ huy và 2 khẩu hai bên sau. Ngoài ra còn có thêm 6 pháo 20mm bắn nhanh.
• HQ-16 Lý Thường Kiệt: nguyên là Tàu khu trục lớp Barnegat. Choán nước 2.800 tấn, vận tốc tối đa: 18 knots (33,7 km/h). Trang bị 1 pháo 127mm, 6 pháo 40mm bắn nhanh, 4 pháo 20mm bắn nhanh, 2 súng cối đa năng 81mm.
• HQ-04 Trần Khánh Dư: Tàu khu trục lớp Edsall, choán nước 1.590 tấn, vận tốc tối đa 21 knots (39 km/h). Tầu có 3 tháp pháo, mỗi tháp pháo có 1 pháo 76,2mm nạp đạn tự động nên bắn rất nhanh (20 phát/phút). Ngoài ra tàu có 2 pháo 40mm và 8 pháo 20mm, đều bắn nhanh. HQ-4 được trang bị radar trinh sát (DER - Destroyer Escort Radar) kết nối với 3 khẩu đại pháo 76,2 ly nạp đạn tự động và có radar điều khiển (radar control) với khả năng tự dò tìm góc độ và tầm xa để "khóa chặt" (lock on) mục tiêu, đây là công nghệ khá hiện đại thời bấy giờ.
• HQ-10 Nhật Tảo: Choán nước 650 tấn, vận tốc tối đa 14 knots (27,4 km/h). Trang bị 1 pháo 76mm, 4 pháo 40mm, 6 pháo 20mm.

Trong khi đó, tàu săn ngầm lớp 6604 (nhái theo kiểu tàu chống ngầm lớp Krondstadt của Liên Xô) của Trung Quốc có choán nước chỉ khoảng 320 tấn, trang bị 1 pháo 85mm và 2 pháo 37mm, tất cả đều là kiểu pháo có từ thế chiến thứ hai, việc điều khiển, ngắm bắn và nạp đạn đều thủ công bằng tay.[21] 2 tàu rà mìn T-43 có choán nước 560 tấn, trang bị 2 pháo đôi 37mm, 2 pháo đôi 25mm, cũng chỉ điều khiển, ngắm bắn và nạp đạn bằng tay. Do thiếu tài chính nên khi đó Hạm đội Nam Hải của Trung Quốc có lực lượng rất yếu, tình trạng của các tàu Trung Quốc đều khá cũ kỹ và lạc hậu:[22]

Tàu săn ngầm lớp 6604, với thiết kế “nhái y chang” theo mẫu tàu săn ngầm lớp Kronshtadt do Liên Xô sản xuất từ sau Thế chiến 2... Qua thời gian sử dụng, tới năm 1974, tốc độ nhanh nhất của các tàu này chỉ còn 12 knots (21 km/giờ)... Năm 1974, lực lượng của hạm đội Nam Hải còn rất mỏng, tới mức có thể coi là nghèo nàn. 6 tàu săn ngầm lớp 6604 lúc bấy giờ đang chuẩn bị “về hưu”, chỉ được giữ lại để luyện tập. Trước trận đánh, Hải quân Trung Quốc đã lựa ra 2 chiếc tàu 6604 có tình trạng tốt nhất, dồn hết thiết bị còn tốt lại rồi ráp vào hai tàu mang số hiệu 271 và 274 để tới tham gia trận đánh tại Hoàng Sa.

Sau này, Đại tá Hà Văn Ngạc, chỉ huy Việt Nam Cộng hòa trong trận đánh đã mô tả: phía Trung Quốc có tới 11 tàu chiến, bao gồm cả những tàu Osa mang tên lửa chống hạm, đồng thời Trung Quốc huy động cả bốn phi cơ MiG-21 và MiG-23 để oanh tạc Hoàng Sa. Tuy nhiên, đối chiếu với các tài liệu thì cho thấy mô tả của Việt Nam Cộng hòa là phóng đại: Phía Trung Quốc chỉ có 4 tàu tham chiến, cả bốn tàu đều không có tên lửa, và cũng không có máy bay nào của Trung Quốc tham gia trận đánh (Trung Quốc khi đó chỉ có MiG-21 chứ không có MiG-23, và MiG-21 thì không đủ nhiên liệu để bay ra Hoàng Sa). Theo lời kể của trung tá Lê Văn Thự (thuyền trưởng HQ-16), sau trận đánh, Bộ Tư lệnh Hải quân đã phái người tới hỏi ông Thự vì sao ông nói với báo chí là không thấy máy bay phản lực Trung Quốc tham chiến. Ông Thự nghĩ rằng Bộ Tư lệnh Hải quân muốn ông trả lời phỏng vấn cho phù hợp với "kịch bản" mà Đại tá Hà Văn Ngạc đã mô tả[21]

Như vậy, xét tương quan lực lượng:

• Về số lượng, mỗi bên đều có 4 chiến hạm trực tiếp tham chiến.
• Về chất lượng và kích cỡ tàu chiến, Việt Nam Cộng hòa có ưu thế vượt trội, các chiến hạm của họ lớn và hiện đại hơn. 2 tàu lớn nhất là HQ-05 và HQ-16 đều có kích thước lớn gấp 6 lần tàu Trung Quốc (riêng mỗi chiếc HQ-05, HQ-16 đã có lượng choán nước lớn hơn cả bốn tàu Trung Quốc cộng lại), tàu nhỏ nhất là HQ-10 cũng lớn gấp đôi tàu Trung Quốc. 4 tàu của Việt Nam Cộng hòa có tổng lượng choán nước là 7.840 tấn, gấp 4 lần rưỡi so với phía Trung Quốc.
• Về vận tốc, các tàu của Việt Nam Cộng hòa đều có vận tốc cao hơn so với tàu của Trung Quốc (chậm nhất là HQ-10 Nhật Tảo cũng chạy được 27,4 km/h, trong khi tàu của Trung Quốc chỉ chạy được 21 km/h là tối đa).
• Về thiết bị, tàu chiến của Việt Nam Cộng hòa được trang bị radar, có thể tự động phát hiện mục tiêu kể cả trong sương mù hoặc đêm tối. Tàu Trung Quốc không có radar, chỉ có thể tìm kiếm mục tiêu bằng ống nhòm và mắt thường.
• Về hỏa lực, các tàu của Việt Nam Cộng hòa được trang bị số lượng pháo nhiều gấp 4 lần. Các khẩu pháo cũng lớn hơn, bắn nhanh hơn và chính xác hơn. Xét riêng về pháo cỡ lớn, Việt Nam Cộng hòa có tổng cộng 2 khẩu pháo 127mm và 4 khẩu pháo 76mm, được nạp đạn và ngắm bắn tự động, điều khiển bằng radar (công nghệ khá hiện đại thời bấy giờ), có thể bắn chính xác tàu đối phương từ cự ly 14 km kể cả trong đêm tối. Phía Trung Quốc thì chỉ có 2 khẩu pháo 85mm, đều ngắm bắn và nạp đạn thủ công, không thể bắn chính xác ở cự ly quá 3 km. Pháo cỡ 127mm có thể đánh chìm các tàu chiến cỡ 500 tấn của Trung Quốc chỉ với 1-2 phát đạn trúng đích, trong khi pháo 85mm của Trung Quốc cần hàng chục phát đạn trúng đích mới có thể đánh chìm khu trục hạm 2.800 tấn của Việt Nam Cộng hòa.
• Ngoài ra, tàu chiến Việt Nam Cộng hòa có thêm ưu thế bất ngờ: họ là bên khai hỏa trước trong trận đánh. Chỉ cần tàu chiến Việt Nam Cộng hòa bắn chính xác trong các loạt đạn đầu là có thể hạ gục toàn bộ tàu Trung Quốc.

Tài liệu Trung Quốc nhận định:

"Tương quan sức mạnh của hai bên có sự chênh lệch quá lớn, là hiếm thấy trong lịch sử chiến tranh hải quân. Hải quân Việt Nam Cộng hòa được đánh giá là có sức mạnh nằm trong Top 10 thế giới, trong khi các máy bay chiến đấu của Trung Quốc thì không có đủ tầm bay để tới Tây Sa (Hoàng Sa), hạm đội Nam Hải phải gánh vác trọng trách lớn nhất trong trận đánh. Nhưng các tàu chiến Việt Nam Cộng hòa có tính linh hoạt kém, và nhất là các thủy thủ sợ phải chiến đấu hy sinh, điểm yếu mà họ không thể khắc phục. Mặc dù hải quân Trung Quốc kém hơn về trang bị, nhưng binh sĩ có lòng can đảm và tinh thần chiến đấu tốt, cùng với kinh nghiệm nhiều năm hoạt động ở eo biển Đài Loan, đã dũng cảm đối mặt với ưu thế áp đảo của hải quân đối phương mà không hề rụt rè".[3]

Theo Đại tá Hà Văn Ngạc, xét về thông số, lực lượng tàu chiến của Việt Nam Cộng hòa có thể dễ dàng đánh bại hải quân Trung Quốc nhờ vào ưu thế về trang bị. Tuy nhiên, kết quả trận đánh lại là một thất bại nhanh chóng cho Việt Nam Cộng hòa vì những lý do sau:

• Các chỉ huy Việt Nam Cộng hòa đã không lập sẵn kế hoạch cơ động tác chiến nếu có nổ súng, dẫn đến việc tác chiến bị động: Trong trận đánh, Phân đoàn I (gồm 2 tàu hiện đại nhất là HQ-4 và HQ-5) chỉ ở bên ngoài "nhìn và đợi", và vì quá lo sợ Trung Quốc, HQ-5 chỉ bắn vào lòng chảo 5 - 7 phát trước khi cùng HQ-4 rút lui.[21] Mấy phát đạn này của HQ-5 thì lại bắn trúng vào tàu HQ-16, gây thiệt hại nặng cho chiến hạm này. Vậy là chỉ sau ít phút tham chiến, Việt Nam Cộng hòa mất 1 tàu do hỏa lực của chính đồng đội, 2 tàu khác thì quay đầu rút chạy. Chỉ còn lại HQ-10 nhưng đây là tàu nhỏ yếu nhất, khi hạm trưởng HQ-10 bị thương thì một số thủy thủ nhát gan cũng bỏ tàu nhảy xuống biển chứ không lo chiến đấu tiếp. Trận hải chiến vì vậy mà thất bại.[21][23][24]
• Khi lính Trung Quốc đổ bộ lên đảo, binh lính Việt Nam Cộng hòa đã không tổ chức bắn trả mà bỏ chạy vào khu bụi cây giữa đảo, sau đó thì buông súng đầu hàng. Chỉ từ 10 giờ sáng tới xế trưa, lính Trung Quốc đã bắt được 49 tù binh trên các đảo mà không cần nổ súng, hoàn tất chiếm các đảo một cách nhanh chóng.[25][26]
• Lực lượng không quân của Việt Nam Cộng hòa ở sân bay Đà Nẵng khá mạnh (bao gồm 120 máy bay phản lực Northrop F-5) nhưng lại không được phép cất cánh để tham chiến. Theo Nguyễn Thành Trung việc sử dụng máy bay không thể diễn ra do Mỹ cảnh báo Tổng thống Thiệu không được hành động vì Mỹ đã làm lành với Trung Quốc và chấp nhận làm ngơ để Trung Quốc cưỡng chiếm Hoàng Sa.[4]

Nhìn chung, tương quan lực lượng và kết quả trận đánh có những nét rất giống với Hải chiến Hoàng Hải (1894), nơi mà lực lượng trang bị tàu chiến mạnh hơn lại thất bại nặng nề do những điểm yếu nội tại: các sỹ quan chỉ huy thiếu chuẩn bị, tinh thần chiến đấu kém của binh sỹ, một số tàu đã tự ý rời đội hình để bỏ chạy khỏi trận đánh...