Ông có mối tình đầu với cô Liễm, người cùng quê hương. Hôm ông lên đường nhập ngũ ở bến đò ngang (ngày 28/9/1966), cô Liễm cũng ra đưa tiễn. Suốt gần 10 năm ông chiến đấu ở mặt trận, cô Liễm ở quê nhà chờ đợi ông. Sau ngày chiến thắng, ông về quê và 2 người kết hôn.

Ông đã viết bài thơ "Quê tôi" để nhớ về kỷ niệm mối tình ngày ấy: "Nhớ ngày trên bến đò ngang/ Em đưa anh xuống sang trang cuộc đời/ Chiến trường khắp chốn cùng nơi/ Vẫn đôi chân bước cuộc đời xông pha/ Tình non nước, nghĩa quê nhà/ Gian nan mà chẳng phôi pha lời thề/ Cả cuộc đời, mối tình quê/ Ngàn năm giữ lấy lời thề chẳng phai"[4]

Ông có con trai là Thượng tá Đoàn Sinh Hòa (sinh năm 1978) hiện là Phó Chỉ huy trưởng kiêm Tham mưu trưởng Bộ CHQS tỉnh Quảng Bình, nguyên Phó Hiệu trưởng về Đào tạo Trường Quân sự Quân khu 4, nguyên Phó Tham mưu trưởng Sư đoàn 324.