军事上，戚继光撰写了两部重要兵书，即《纪效新书》和《练兵实纪》。这两部书是他练兵打仗的经验总结，也是他训练军队的教本，在军事学上有很高的地位，被收录《四库全书》，占军事著作的十分之一。
戚继光初到山东备战倭寇时，发现明军格骄兵惰、纪律松弛、兵不习战，跟熟练使用倭刀、重箭的倭寇相比，战斗力实在太弱。于是戚继光到金华、义乌等地招募了3000农民，并亲自训练他们，这便是早期的”戚家军“。 鸳鸯阵 因为浙闽沿海多山陵沼泽，道路崎呕，大部队兵力不易展开，而倭寇又善于设伏，好短兵相接。戚继光针对这一特点，创造了一种新的战斗队形，这种阵形在与倭寇作战时好像是结伴而行的鸳鸯，于是被命名为”鸳鸯阵“。这种以十二人为一作战基本单位的阵形，长短兵器互助结合，可随地形和战斗需要而不断变化。
鸳鸯阵阵形以12人为一队，最前为队长，次二人一执长牌、一执藤牌，长牌手执长盾牌遮挡倭寇的重箭、长枪，藤牌手执轻便的藤盾并带有标枪、腰刀，长牌手和藤牌手主要掩护后队前进，藤牌手除了掩护还可与敌近战。再二人为狼筅手执狼筅，狼筅是利用南方生长的毛竹，选其老而坚实者，将竹端斜削成尖状，又留四周尖锐的枝桠杈，每支狼筅长3米左右，狼筅手利用狼筅前端的利刃刺杀敌人以掩护盾牌手的推进和后面长枪手的进击。接着是四名手执长枪的长枪手，左右各二人，分别照应前面左右两边的盾牌手和狼筅手。再跟进的是使用短刀的短兵手，如长枪手未刺中敌人，短兵手即持短刀冲上前去劈杀敌人。最后一名为负责伙食的火兵。“鸳鸯阵”不但使矛与盾、长与短紧密结合，充分发挥了各种兵器的效能，而且阵形变化灵活。可以根据情况和作战需要变纵队为横队，变一阵为左右两小阵或左中右三小阵。当变成两小阵时称、“两才阵”，左右盾牌手分别随左右狼筅手、长枪手和短兵手，护卫其进攻；当变成三小阵时称“三才阵”，此时，狼筅手、长枪手和短兵手居中。盾牌手在左右两侧护卫。这种变化了的阵法又称“变鸳鸯阵”。此阵运用灵活机动，正好抑制住了倭寇优势的发挥。戚继光率领“戚家军”，经过“鸳鸯阵”法的演练后，在与倭寇的作战中，对倭寇进行了毁灭性的打击。 车营 戚继光镇守蓟门时期，根据北方游牧民族擅长骑兵作战的特点，建立了车营来克制骑兵，每四人推一辆战车，战车里放置拒马器和火器。战斗时，将战车结成方阵，马步军以战车为掩护，先用火器进行远距离攻击，敌人的骑兵靠近后步兵使用拒马器列于阵前，用长枪刺杀，敌人败北后，派骑兵对其进行追击。戚继光又在阵后置辎重营，选南兵为先锋，入卫兵主策应，本镇兵专门负责防守，戚继光一军节制精明，器械犀利，使得蓟门成为当时边境第一军。 金山岭 “南倭北虏”，即东南沿海一带倭寇的侵扰和北部边境鞑靼骑兵的袭扰，是长期困扰明朝廷、危及大明江山社稷的两大问题。在与俞大猷、谭纶等人消灭南部倭寇之后，戚继光被调往北边防御鞑靼。
明朝为加强北方防务，将长城沿线划分为九个防御区，分别驻有重兵，称之为九边重镇， 每镇均设有总兵官管辖。蓟镇东起山海关，西至居庸关，拱卫京师，是九镇中最重要的一镇，戚继光为蓟镇总兵官。
蓟镇长城最早修建于明朝初期，洪武六年，命大将军徐达等备山西、北平边，谕令各上方略。从淮安侯华云龙言，自永平、蓟州、密云迤西二千余里，关隘百二十又九，皆置戍守。洪武十四年徐达发燕石等卫屯兵万五千一百人修永宁、界岭等三十二关。虽然到弘治、嘉靖年间长城也都有所修筑，但过于简单。真正大规模的修筑则从隆庆至万历初由戚继光完成的。
戚继光在修建长城过程中，依据“因地制宜，用险制塞”的建筑思想，山势低矮处，加高城墙；山势高峻处，修建敌楼，个别地方加修了障墙、支墙、挡马墙，全部为砖石结构或砖石木结构，使这段长城设施完备、构筑牢固、布局严谨、可攻可守。经专家鉴定，金山岭长城是我国万里长城的精华之所在。障墙、文字砖、挡马墙，被誉为金山岭长城的“三绝”。 空心敌台 戚继光在在加固城墙的同时，又修建了空心敌台。空心敌台由上、中、下三部分组成。下部为基座，用大条石砌成，高与城墙相同，中部为空心部分，有的用砖墙和砖砌筒拱承重，构筑成相互连通的券室，有的用木柱和木楼板承重，外侧包以厚重的砖墙，形成一层或二层较大的室内空间，以供士兵驻守，存放粮秣和兵器。上部为台顶，多数敌台台顶中央筑有楼橹，供守城士兵遮风避雨，也有的台顶铺漫成平台，供燃烟举火以报警，而无楼橹。
戚继光在《练兵杂纪》中对空心敌台有详细记载，敌台高低大小不等，各个敌台之间互为犄角，相互救应，敌台里都配备有火炮，鞑靼的弓箭无法射到敌台里的士兵，骑兵在火炮的攻击下也不敢靠近长城。每个空心敌台置有百总一名，负责指挥战斗。 戚氏军刀 戚氏军刀是戚继光专门针对倭寇使用的倭刀所改良制造的武器。明朝军队所用的刀在与倭寇交战时，经常被倭寇的倭刀砍断。戚继光吸收倭刀的长处，对中国军刀进行改良，带有明显的日本风格，刀刃弧度加大，刀刃宽度的缩小，刀尖带有一个小小的弧度，刀刃中间起一条镐线，刀背也有一条栋线，刀尖保留和刀身基本相同的厚度，刀背有采用削栋，减轻刀刃整体重量但是不减少刀刃的强度。戚继光在《练兵实纪杂集·军器解》著作里有记载此刀的锻造方法。
中国国家博物馆现收藏有一把登州戚氏军刀，刀上部刻有“万历十年，登州戚氏”八字。 狼筅 狼筅是戚继光对付倭寇给戚家军所配备的武器之一，粗有二尺，长有一丈五六尺。明朝的军队在与倭寇交战时，因惧怕倭寇的倭刀而张皇失措，戚继光在长而多节的毛竹顶端装上铁枪头，两旁枝刺用火熨烫的有直有勾，再灌入桐油，敷上毒药。战斗时，倭寇长刀虽锋利，却砍不断软枝，竹节层层深，能挡住长枪刺入。狼筅上的枝端茂盛，可以掩护持有者，冲阵时既能自保，又非常具有杀伤力，可谓攻受兼备，被称为“刺倭利器”。 火炮 戚继光给戚家军装备的火炮又称为“虎蹲炮”，因为其射击的样子像猛虎蹲坐的样子，所以得名。明朝军队重视火器的使用，并专门成立了配备火器的部队“神机营”。在与倭寇作战时，戚继光发现鸟铳与佛朗机使用起来缺憾极大，鸟铳虽然精准，但是杀伤力太弱，而佛朗机虽然有杀伤力但非常笨重，不利于扛行。 于是戚继光便发明创造了“虎蹲炮”，比鸟铳杀伤力大，比佛朗机轻，便于携带。并大量制造配备。
