Quân lực Việt Nam Cộng hòa: Các Lữ đoàn dù 1, 2, 3; Liên đoàn 81/Biệt kích nhảy dù; Thiết đoàn 7, 18 kị binh; 3 lữ đoàn thuỷ quân lục chiến và các tiểu đoàn pháo, công binh… Tổng cộng hơn 30.000 quân cùng hàng trăm xe tăng, xe thiết giáp.

Quân đội Hoa Kỳ: Nhiều cố vấn chỉ huy cùng hàng trăm máy bay chiến đấu, bao gồm cả B-52 ném bom chiến lược của không quân Hoa Kỳ, pháo hạm yểm trợ từ Hạm đội 7. Thống kê cho biết trong 81 ngày đêm, Hoa Kỳ đã sử dụng:

• 4.958 lần/chiếc B-52 (trung bình 60 lần/ngày đêm). 9.048 lần/chiếc máy bay phản lực các loại (trung bình hơn 100 lần/ngày đêm), ném tổng cộng hơn 120.000 tấn bom đạn (bằng 7 lần quả bom nguyên tử mà Mỹ ném xuống Hiroshima), nếu tính trung bình thì các chiến sĩ Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam tham gia trận đánh phải hứng chịu 4-5 tấn bom mỗi người.[7].
• Hơn 950.000 viên đạn pháo 105mm, 55.000 viên đạn pháo 155 mm, 8.164 viên đạn pháo 175mm, hơn 615.000 viên đạn hải pháo oanh kích (trung bình mỗi chiến sĩ Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam phải hứng chịu khoảng 100 viên đạn pháo). Tính riêng từ ngày 9 tháng 9 đến ngày 16 tháng 9 năm 1972, chỉ trong 1 tuần quân Mỹ đã sử dụng: 95.570 viên đạn pháo 105 ly; 11.002 viên đạn pháo 155 ly; 2.630 viên đạn pháo 175 ly; 14.223 viên đạn pháo từ hạm đội 7 và 163 lần/chiếc máy bay phản lực Mỹ.[8]

Riêng ở khu vực thị xã Quảng Trị, tổng số bom đạn mà Mỹ sử dụng trong 81 ngày đêm bằng sức công phá của 7 quả bom nguyên tử mà Mỹ ném xuống Nhật bản. Có ngày số bom Mỹ ném ở Quảng Trị vượt xa số bom Mỹ ném trên toàn miền Nam trong các năm 1968-1969. Dữ dội nhất là ngày 25/7, thị xã phải chịu 35.000 quả đạn pháo của Mỹ, chưa kể bom từ máy bay. Thành cổ Quảng Trị chỉ rộng 3 km vuông và vùng ven có ngày phải chịu hơn 20.000 quả đạn đại bác cỡ lớn. Với việc huy động một số lượng bom đạn khổng lồ, quân Mỹ hoàn toàn có ưu thế áp đảo về hỏa lực.[9]

Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam: Lực lượng phòng thủ trên toàn thị xã Quảng Trị bao gồm Trung đoàn 48 (sư đoàn 320B), Trung đoàn Triệu Hải, tức E27 sư đoàn 320B (sau này là F390) Trung đoàn 95 (sư đoàn 325) Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam, 2 tiểu đoàn địa phương đóng ở Quảng Trị. Chi viện trực tiếp cho lực lượng này là các đơn vị còn lại của Sư đoàn 325 và Sư đoàn 312.[10] Ngoài ra, sườn phía tây thị xã do trung đoàn 88 (thiếu) của sư đoàn 308 chốt giữ.

Để chống lại cuộc bắn phá dữ dội chưa từng có, Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam chỉ có trong tay một vài xe tăng và một số đơn vị pháo phòng không, lực lượng tác chiến chủ yếu là bộ binh. Với mật độ hỏa lực hạng nặng dày đặc của đối phương, ước tính có tới hơn 80% thương vong của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam trong trận đánh là bởi các đợt oanh tạc và pháo kích, chỉ có một phần nhỏ là trong các cuộc đọ súng bộ binh.