“自唐宋以来，京师皆宿重兵，畿内外当天下之半。”明朝统治者本着居重驭轻的原则，将卫所军的精锐之师屯集北京。在京军中，京营军占主要部分，人数远比亲军多。除担任戍卫京师的重任外，还是明朝主要的机动部队。明朝在南京开国后，驻守京城的卫所军共48卫，约20余万人。《明史》称：“京城内外置大小二场，分教四十八卫卒。”因这48卫分隶五军都督府，故京营自洪武年间以来即有“五军”之称。成祖即位后，特别是迁都北京之后，为了加强北部边防，充实中央对全国控制的机动力量，提高军队的快速反应能力和战斗力，一方面将京营增加到72卫，兵力30万~40万人；另一方面，组建五军营、三千营、神机营三大组织。同时，命令中都、大宁、山东、河南等都司所属卫所军，每年分春秋两班轮番进京操练。
（一）五军营、三千营、神机营
五军营 五军营、三千营、神机营合称三大营，于成祖永乐年间所建。永乐八年（1410年）三月，明成祖亲征漠北蒙古，将随征10万步骑按中军、左掖、右掖、左哨、右哨五军编组。清远侯王友督中军，宁远侯何福、武安侯郑享督左、右哨，宁阳侯陈懋、广恩伯刘才督左、右掖。师还不久，成祖便在京军中正式建立了五军营。
五军营编制是：提督内臣1人、武臣2人，掌号头官2人，大营坐营官1人，把总2人。下辖中军、左掖、右掖、左哨、右哨五军营，实行步骑合编。每军营各设坐营官1人，马、步队把总各1人，“管操练京卫及中都留守司、山东、河南、大宁三都司各卫轮班马步官军”。
此外，五军营下面还附设十二营、围子手营、幼官舍人营、殚忠效义营。十二营，设把总2 人，管随驾摆列马队官军；围子手营，设坐营官1人，管操练上直叉刀手及京卫步队官军，下分一、二、三、四司，每司各设把总2人；幼官舍人营，设坐营官1人，管操练京卫幼官及应袭舍人，下辖幼官营、舍人营。幼官营设把总1人，专掌操练京卫幼官。舍人营，分编一、二、三、四司，每司各设把总1人，专掌操练京卫应袭舍人。殚忠效义黄，设坐营官1 人，掌操练京卫报效舍人余丁，下辖殚忠、效义二营，各设把总1人。其中，殚忠营管操练京卫报效舍人，效义营管操练京卫报效余丁。
三千营 三千营最初是由成祖亲征漠北蒙古时收编的“边外降丁三千人”组成的骑兵部队。后来发展为数万人。建置时间不详，但晚于五军营建立时间。具体编制如下：
提督内臣、武臣各2人，掌号头官2人，坐司官5人，见操把总34人，上直把总16人，明甲把总4人。营分5个司，每司各设坐司官1人。一司管执大驾龙旗、宝纛勇字旗、负御宝及兵仗局什物上直官军；二司管左右二十队勇字旗、大驾旗纛金鼓上直官军；三司管传令营令旗、令牌、御用监盔甲、尚冠、尚衣、尚履什物上直官军；四司管执大驾勇字旗、五军红盔贴直军上直官军；五司管杀虎手、马轿及前哨马营上直明甲官军、随侍营随侍东官官舍、辽东备御回还官军。
神机营 神机营创建于永乐八年（1410年）前后。这是明朝也是中国历史上第一个独立建制的火器部队。元末明初以来，管形火器——火铳的研制获得了重要发展，并装备明军用于战争实践。永乐四年，成国侯朱能、新城侯张辅统80万大军征交阯（今越南河内），配有神机枪炮。是年十二月，兵进多邦城，交阯“驱象迎战。辅以画狮蒙马冲之，翼以神机火器。象皆反走”，交阯军遂大溃。后来，明军多次征交阯，大得力于火器法之威力，并在实践中取得了神机枪炮兵如何配合步骑作战以最大限度发挥火力的方法和经验。于是在永乐八年前后，于京军中正式组建了神机营。故《世法录》称“永乐八年，征交阯，得神机炮法，特置神机营，肄习火器”。
神机营编制：提督内臣、武臣各2人，掌号头官2人，下辖中军、左掖、右掖、左哨、右哨5 营。每营各设内臣、武臣各1人。中军营分编4司，左掖、右掖、左哨、右哨每营各编3司。每司各设监枪内臣、把司各1人，把牌官各2人。
神机营最初是装备火器的步兵，专门负责操演神铳神炮等火器。后来，“因得都督谭广马千匹”，遂增建骑兵营“五千下”附之。“五千下”营设坐营内臣、武臣各1人，分编4司，每司置把司官2人。由于增设了五千下骑兵营，因而神机营也承担起兼掌操演火器及随驾护卫马队官军的职责。
三大营建制虽然起于永乐八年（1410年）前后，但是它却经历了一个不断完善的过程。直到成祖迁都北京后，组织编制才健全起来。
平时，三大营除营操外，也参加宿卫、扈从、皇城守卫及巡哨任务。若皇帝大驾亲征，各营随之出动，其具体部署，一般是“大营居中，五军分驻，步内骑外，骑外为神机，神机外为长围，周二十里，樵采其中”。
（二）十团营
宪宗以后，老臣凋谢，武备松驰，军士不断逃亡，京营战斗力顿减。正统十四年（1449年）“土木之变”，50万京营军几乎全军覆没，“时京师劲甲精骑皆陷没，所余疲卒不及十万，人心震恐，上下无固志”。兵部尚书于谦受命于危难之中，及时组织北京军民进行一场殊死保卫战。击退瓦剌军之后，他决定整饬兵备，改革营制。他认为京军三大营虽各有总兵，却不相统一，“各为教令，临期调拨，兵将不相习”。他提出“择精兵十五万，分十营团操”。
景泰二年（1451年），于谦先从三大营中挑选10万精壮马步官军，分为5个营团操，称“五团营”。次年十二月，他又增选5万人，打乱“五团营”，共15万人，分成10个营团操，称“十团营”。十团营编制如下：
每营设坐营官都督、掌号头官各1人，下辖3都指挥，官军1.5万人；每都指挥下辖5把总，官军5000人；每把总下辖2指挥，官军1000人；每指挥下辖5领队，官军500人；每领队下辖2管队，官军100人；每管队共50人，内设管队官1人。总计，每团营编制都指挥3人，把总（又称把总都指挥）15人，指挥30人，领队官150人，管队官300人。另外，于三大营提督武臣中推1人充总兵官，监以内臣，以兵部尚书或都御史1人为提督。凡未编入十团营的军士，仍留三大营训练，称为“老家”。
十团营一改昔日三大营各为教令、兵将不相习的缺点，使京营军“互相统属，兵将相习，管军者知军士之强弱，为兵者知将帅之号令，不致临期错乱”。由于编入团营的军士都是从三大营中挑选出来的精壮，老弱已经裁汰，因而团营成为相对精干的队伍。加之于谦亲自抓团营建设，明号令，严纪律，重赏罚，勤训练，虽勋臣宿将，小不中律，也敢于请旨切责。虽未入选而留在“老家”的军士，也照常训练。《明史·兵志》称颂说：“于谦创立团营，简精锐，一号令，兵将相习，其法颇善。”
（三）十二团营
天顺元年（1457年），英宗复辟，杀于谦，罢十团营，仍行三大营旧制。宪宗即位，复团营制，但不久复罢。成化三年（1466年），宪宗采纳兵部尚书马昂等人建议，重定团营制，从三大营中选得一等军士14万，称之日“选锋”，分立十二团营，分别命名奋、耀、练、显四武营，敢、果、效、鼓四勇营，立、伸、扬、振四威营。每团营官军1万人，各分编五军营、三千营、神机营。五军营编内外马步官军，三千营编内外骑兵，神机营编装备神机枪炮等火器的内外步兵官军。
各团营统领官“俱择都督、都指挥或列爵充之，以总督统辖之”。即每营设坐营内臣、武臣各 1人，掌号头官1人，把总20人，每把总领10队，每队军士50人。未选入十二团营的军士，继续留在本营，仍名“老家”，但不再操练，专门供役。当时轮番京操的班军“在京只供营缮诸役,势家私占复半之”。宪宗宠信宦官汪直，用他总督团营，开“禁旅专掌于内臣”的先例。从此，太监与纨绔将弁流瀣一气，京营占役虚冒，百弊丛生。
孝宗即位，命都御史马文升为十二团营提督。马文升深知营军久苦工役，建议从每营挑选锐卒2000人，遇警调用，并按洪武、永乐旧制操练。马文升试图限制权贵占役军士和内臣过多干预军事，以整饬京营，但遇到重重困难和巨大阻力，“有怨家夜持弓矢惊文升门门，且飞射东长安门内”。
（四）东西两官厅
武宗即位后，简阅团营官军，得锐卒6万余人，稍弱者2.5万人，以宦官刘瑾提督，并让新选官军操练于东官厅。不久，刘党“八虎”张永、魏彬分别兼掌神机营、三千营。正德六年（1511年），河北刘六、刘七与山东杨虎先后起义，不数月，蔓延数省，京师戒严。兵部请调边军入卫。于是，辽阳、大同、宣府、延绥四镇边军先后调进北京。七年底、八年初，集九边四镇突骑家丁数万屯于京师，入操西南教场，号“外四家”。八年（1513年）六月，造西官厅操练所，留宣府等边军操练。边将江彬、许泰因此攫取分领京营大权。不久，武宗下令正式建立“东西官厅”军。所谓东官厅军，指正德元年所选操于东官厅之军，是年，再选十二团营精锐作听征人马，与“外四家”训练于西官厅者，则称西官厅军。合称“东西两官厅”，由江彬、许泰分别为提督。
九年（1514年）十一月，武宗又命兵部选团营6000人，分前后两营，于禁兵四卫营和勇士营中各选3000人，于西官厅操练。右督张洪领勇士营，都指挥桂勇领前营，贾鉴领后营，李隆领四卫营。十一年（1516年）又令举曾经战阵、谋勇兼著将军1人，假以副都督名目，公同提督团营大臣，挑选人马训练，以备缓急。同时，又于团营内拣选官军1万人，在东官厅操练。从此，东西官厅军成为“选锋”，十二团营反为“老家”。武宗好武，“每令提督坐营官操练，又自执金鼓演四镇卒。然大要以恣驰骋，供嬉戏，非有实也”。
（五）五军、神枢、神机新三大营制
嘉靖二十九年（1550年），俺答率蒙古军直逼北京城下，兵部尚书丁汝夔驱在营老弱兵丁出城迎敌，“皆流涕不敢前，诸将领亦相顾变色”。世宗怒诛丁汝夔，采纳侍郎王邦瑞建议，决心刷新京营，以图善后，悉罢团营、两官厅，复三大营制。更三千营名神枢营，罢提督、监枪等内臣，以大将1名总督京营戎政，设文臣1人协理京营戎政。原团营和两官厅兵均归五军营，其中十二团营中的四武营划归五军营作中军，四勇营归左右哨，四威营归左右掖。宝纛、令旗等上直军仍隶神枢营。不久，朝廷遣使至畿辅、山东、山西、河南募兵4万，分隶神枢、神机二营。又选边兵6.8万人分番入卫，与京军一同训练。在京75卫和牧马、蕃牧、奠靖三千户所编成30营，分隶三大营。
嘉靖中叶重建三大营，以营（大小不等）为基本编制单位，分之为30营，合之为三大营，联之称戎政府。其具体编制如下：
三大营设总督京营戎政1员，由公、侯、伯等勋臣充任。协理京营戎政1员，由文臣兵部尚书或侍郎或都察院都御史充任。下辖五军营、神枢营、神机营，总定额兵14万人，备兵146660人，军官586人。其中：
五军营设大将1人，由总督京营戎政兼任；副将2人，左右前后参将4人，游击将军4人。大将统军1万人，二副将各统7000人，四参将各统6000人，四游击将军各统3000人，军卒共6万人。另设备兵坐营官1人，掌专收新补之兵以备十营兵之缺，备兵定额66660名。又设大号头官、监枪号头官各1人，中军官11人，随征千总官4人，随营千总官20人，选锋把总官8人，把总138人，山东领班都司2人，共编制军官196员。
神枢营设副将2人，各统军6000人；参将4人，各统军4000人；佐击将军4人，各统军3000 人，军卒共4万人，外备兵4万人。分设战兵、车兵、城守各3营，执事1营，共10营。又设备兵坐营官、大号头官、监枪号头官各1人，中军官11人，千总官20人，选锋把总6人，把总157人，河南领班都司1人，共编军官208人。
神机营编制与神枢营基本相同。惟把总128人，设中都领班署副留守4人，共编制军官182人。
嘉靖二十九年（1550年）后重建的三大营制，不是永乐年间大营制的简单复制，它在领导体制、军卒来源、组织结构及其编制等问题上，都和永乐时的三大营制有很大变化。
第一，建立了戎政府（厅）领导体制。明初以来传统惯例是，五军都督府“主兵籍而不与营操，营操官不给印”。没有特旨，五军都督府不得干预京营操练。永乐所建三大营及后来的团营，虽由提督内臣、武臣共同领导操练，但一直没有建立一个独立的衙门，不给营操官颁发印信。嘉靖二十九年重建三大营时，以威宁侯仇鸾总督京营戎政，既开府又给印，府名“戎政府”（又名戎政厅），印名“总督京营戎政之印”。提督京营营操官设府立衙门，铸印给关防，是史无前例的，这等于在五军都督府之外又新增一统兵机构。新三大营制规定，大将武臣即总督京营戎政，总领三大营，副将、参将、游击、佐击等官，俱听节制，并直接掌管五军营，亲统官军一万人。
从仇鸾总督京营戎政，掌管军事训练和作战等职权看，新三大营制确乎是“以数十万众统于一人”。嘉靖皇帝不顾祖宗遗训，在京营领导体制上进行如此重大改革，无疑是试图纠正明初以来分营分权的弊病。不仅如此，嘉靖皇帝毅然罢除提督、监枪等内臣，不让宦官操纵京营，增设文臣协理京营戎政，实行文武结合、以文助武的新体制，也有助于京营领导权的集中统一，排除了宦官干预京营营政的弊病。
第二，嘉靖三大营组织成分与永乐二大营有重要区别。它不再仅由京卫和外卫京操军构成，有了实行募兵制招募来的军卒，并分编到神枢营、神机营，占两大营总兵力一半即4万人。同时还有边军、班军加入京营行列。
第三，新三大营完全以营为基本编制单位，将司、哨、掖等名目悉数革除，各按10营编组，共30营。由于当时社会经济、火器和战车的大量生产并装备京军，因而重建的三大营已变成了步、骑、炮、车等多兵种合成军队。不仅新的神机营所装备的火器数量和质量比永乐时的神机营水平有了大大提高，而且，新五军营突破了原五军营的简单的步骑合编，有了车兵新兵种。明初洪武年间的五军营，基本上是一种备操编制。而嘉靖时的新三大营既是备操编制，又是战斗编制。而且，更主要是战斗编制。同时，各营都有了明确的部队番号。可以说，嘉靖年间的新三大营，是完整意义上的以营为基本编制单位的营兵制组织。
隆庆年间（1567年~1572年）朝臣对总督京营戎政设府铸印意见颇大，认为大将不当专设，甚至提出更改营制。于是，隆庆四年（1570年），在三大营各设一名总兵、两名副将，寻改总兵为提督，并于三大营中各置一文臣提督，实行六提督制。可是，“自设六提督后，各持意见，遇事旬月不决”。有鉴于此，只好恢复原来的武臣总督、文臣协理体制。万历初年，张居正主持朝政，大力推进改革，京营一度有所起色。但是，不久之后，朝廷党争不断，京营腐败越发不可收拾，以致崇祯末年王章巡视京营，按籍额军11万余人，“及阅视半死者，余冒伍惫甚。闻炮声掩耳，马未驰而坠”。