历史记载方面，现知最早的是汉人辛氏《三秦记》记载了秦汉都城、宫室地理。《三辅黄图》，虽然作者不详，但它却是对于研究秦咸阳和西汉长安城具有非常重要的史料价值，“博采秦汉以来，宫殿门阙楼观池苑在关辅者著于篇”，特别是对西汉长安城来讲，在其及周围的布局、宫殿、馆阁、台榭、府库、仓库、桥梁等，条分缕析，最为详备，是重要的历史文献。
北魏杨衒之的《洛阳伽蓝记》，虽以记述北魏佛教兴衰为主，但关于东汉洛阳城多有提及，是研究东汉洛阳城不可缺少的重要文献。宋代宋敏求的《长安志》和程大昌的《雍录》有对秦汉都城专门的介绍。
此外，西晋陆机的《洛阳记》和潘岳的《关中记》、唐代韦述《两京新记》、元代骆天骤的《类编长安志》、清代毕沅的《关中胜迹图志》和顾炎武的《历代宅京记》等书籍也有涉及到秦汉都城之处，有一定的参考价值。
北魏郦道元的《水经注》、唐代李吉甫的《元和郡县志》和杜佑的《通典》、宋代乐史的《太平寰宇记》和王应麟的《通鉴地理通释》、清代顾祖禹的《读史方舆纪要》等书从历史地理、历史沿革、军事角度考察了秦汉都城内容。这些历史文献对研究秦汉都城防御体系及相关问题的探讨提供了比较可靠的文字材料。
相关学术研究
关于秦都咸阳、西汉长安城、东汉洛阳城的军事防御设施研究，随着考古发掘的进展，一些资料渐渐公诸于众，学术方面也由此不断跟进，取得了可喜的成绩。
回顾研究史，虽然没有专门探讨都城防御体系，但与之相关的研究主要集中在三个方面：一是侧重于秦汉都城内部诸多问题的研究，结合考古资料，从微观的角度来分析都城的布局、防御设施等。二是侧重于历史地理方面的研究，从宏观角度来把握秦汉都城周边、外围地理环境的变迁与选址、影响等问题。三是对涉及到秦汉都城防御体系空间范围内的城邑、关隘、交通等设施进行探讨。
（1）秦都咸阳
对秦都咸阳城市范围的研究，目前主要有三种观点：（1）渭北一说。刘庆柱在《秦都咸阳几个问题初探》中首次考证咸阳的大致范围：“东至柏家嘴（若包括兰池和兰池宫遗址应自肖家村），西至毛王沟；北由高干渠，南到西安市草滩农场附近（即秦代渭河北岸，但由于河道变迁以成为渭河南岸）。都城东西6公里（若以肖家村记，为7.5公里），南北7.5公里。”
但后来又因考古新发现，对其观点做了修正，认为秦都咸阳西界应该在长陵汽车站附近，比原先扩展了3汉里，其余三面基本没有改变，只是更加的具体和细致，推断秦都咸阳东西约米，南北约米。此观点成说最早，流传较广，影响甚大，而刘庆柱的这两篇文章首次明确了秦都咸阳的四至范围，并标在图上，基本达到了定量化。
渭北二说。曲英杰认为秦都咸阳的四至范围分别是：南垣西端在农场西站以西；北折至渭水北岸店上村一带是其西垣；再东折至东龙村一带为北垣；再南折至渭水南岸草滩农场以东为东垣。张沛认为秦都咸阳“它南临渭水，以横桥与渭水南诸宫相接。东西长约米，南北宽约米，除东南隅可能回缩外大体呈长方形，面积约12平方公里。”
张沛还从商鞅“大筑冀阙，营如鲁卫”、吕不韦“世之为丘垄也……若都邑”、汉长安城“览秦制，跨周法”、《商君书兵守》等方面来推测秦咸阳的城市范围。武伯纶则在《西安历史述略》一书中较早的提出此观点。
三是渭水贯都说。认同该说法的学者指出秦都咸阳应包括渭水两岸的南北地，但是对于具体范围仍然模糊不清，并且存在一定的争论。例如，王学理认为，咸阳的范围应该东至柏家咀，西至塔儿坡，南至阿房宫，北至咸阳二道原腹部。时宝瑞认为，秦都咸阳西至杜邮亭，南至上林苑、终南山，北至望夷宫。李令福将秦都咸阳分为两大区域，一是渭北的核心区，其四至范围认同刘庆柱考证；二是渭南新扩展的宫殿、宗庙，基本集合成两大宫室群。
秦都咸阳的规划思想在《史记秦始皇本纪》中记载的很清楚：“已更名信宫为极庙，像天极”，“自阿旁宫渡渭，属之咸阳，以像天极，阁道绝汉抵营室也。”《三辅黄图》也有明确的记载：“始皇穷极奢侈，筑咸阳宫，因北陵营殿，端门四达，以则紫宫，象帝居。渭水贯都，以像天汉；横桥南渡，以法牵牛。”
故而秦都咸阳的规划透漏着浓厚的“象天”思想，学术界已经达成共识，但是“象天”的空间范围、不同宫室所象征的星宿等问题学者们则存在不同的观点，代表人物及文章主要有胡忆肖的《“以像天极阁道绝汉抵营室也”解》“、徐卫民的《秦都咸阳的几个问题》、王学理的《法天意识在秦都咸阳建设中的规划与实施》、陈喜波的《“象天法地”原则与古都规划》、郭璐的《秦咸阳象天设都空间模式初探》、贾鸿源的《秦代咸阳“象天设都”思想研究》等等。
城垣是保护城区的重要军事设施，然在考古勘探中咸阳却至今还未发现外郭城垣，学术界曾经有过争论。王学理否定了咸阳有外郭城垣的说法，他说：“早期咸阳城是以孝公时期的阙翼宫殿为基点向外展开的，仅有宫城，并不曾形成真正的外廓城，充其量只是向外扩展的附廓。”
徐卫民认为，秦始皇企图把东起函谷关，西到陈仓，南到秦岭,北到九嵕山的范围作为都城，正是因为国都面积的不断扩大，所以外廓城垣无法修建。武伯纶、王丕忠等人则认为咸阳有城墙。那么既然有城，为何目前发现不了咸阳外郭城垣的遗迹呢？武伯纶指出：“咸阳城由于渭水河道北移，秦故城被河崩溃，现已无踪可寻。”王忠丕也认为由于渭河北移将咸阳城墙冲毁，而且他还说60年前的人们在今滩毛村之东南见过那个城墙，即咸阳城墙的残存。
（2）西汉长安城
西汉长安的考古发掘工作进展，极大的推动了学术界对这座古老都城的研究。俞伟超年在北京大学的讲义中首次绘制了汉长安城的平面复原图。年，杨宽发表了《汉长安城布局结构的探讨》，根据当时的考古成果，结合历史文献，对此问题进行讨论。
年，刘庆柱发表了《汉长安城布局结构辨析一一与杨宽先生商榷》,针对杨宽所认为汉长安城虽经考古调查和发掘，但其布局还没搞清楚，汉长安城的设计思想是承袭战国和秦代都城布局结构的模式、汉长安城属于宫城性质、东市和西市不在汉长安城内等相关问题提出了不同意见，并指出以后会随着大量新考古资料的积累，会进一步认识其布局结构特点，会更清楚的看到汉长安城在中国古代都城规划发展史上的历史地位。
年，杨宽又发表了《西汉长安布局结构的再探讨》,文中根据刘庆柱的观点又做了回应，并对长安城是内城还是郭城、长安城外是否存在广大郭区、东西两大市在城内还是外郭、长安城设计思想的渊源及其建设规划等做了研究。
到了年，刘庆柱在《再论汉长安城布局结构及其相关问题一答杨宽先生》中，又针对杨宽提出的问题，特别是对汉长安城是郭城不是宫城或内城、东市与西市等又与其进行商榷，提出自己的观点。刘庆柱还在《汉长安城的宫城和市里布局形制论述》中，较早的探讨了长安城中的宫城、市井和里居等方面的问题，其中，关于宫城方面，他结合考古资料对未央宫、长乐宫、北宫和桂宫做了研究，并指出从宫城布局中所反映出皇室与“外戚”多元联合、互相制约的现象等。
两位学者的观点交锋带动了其他学者对汉长安城布局的热烈讨论。王社教、黄晓芬等人也对汉长安城布局提出了自己的看法。李毓芳、刘振东和张建则结合考古资料，分别对未央宫、长乐宫进行研究。刘振东还总结了汉长安城布局特征，并就东汉魏晋时期对长安城的利用、十六国北朝时期长安城形制布局的变化等进行探讨。
西汉长安城的平面斗城形状，涉及到城墙的走向，是城区军事防御要考虑的重要问题，学术界一直争论不断。目前主要有三种观点，其一，韩国河、李小波、陈喜波，韩光辉等人认为汉长安城的形状与天象密切相关，设计者有意而为之。
例如，韩国河认为，汉长安城城建思想不仅有对秦国宫殿的利用，北墙和南墙的曲折包含了对“北斗”及“南斗”文化思想的认识，规划思想一方面受到周礼的影响，一方面和阴阳五行天文数术思想有关。其二，与天象关系不大，形状受地理环境的影响较大。王社教根据宋敏，元骆天骤、元李好文关于汉长安城呈斗状是否是有意而为之的争论提出了自己的观点，他认为是当时人们既不拘泥于都城的形制，又因地制宜、巧妙利用地形而灵活设计处一座规模宏大的都城。
后来他又对此问题继续探讨，认为是主要受地理环境和宫殿建筑在前、城墙修筑于后的影响，以及城南微地貌形态、泬水河流走向、渭河南岸一级阶地走向、宫室建筑等共同制约的结果。其三，二者兼而有之。徐卫民认为，汉长安城呈不规则的长方形成因是“天人合一思想”在都城建筑中的体现，设计者既考虑到地理因素，又以“法天”为依据，做成模仿天象的形状。
关于西汉长安城规划与《周礼考工记》之间的关系，学术界也有讨论。例如，李如森认为，汉长安城布局是“以《考工记》部分内容为依据进行设计，反过来又从汉长安城的实际情况出发，对《考工记》加以补充，致使营国模式得以定型。”周长山指出，汉长安城的建设参考了《考工记》，但真正将《考工记》奉为城市建设的圭臬还是从王莽时期开始。
徐龙国、徐建委则是通过城门门道形制的发展演变及汉长安城布局形制的形成，探讨《匠人营国》所载都城形制的渊源，并认为《考工记》是一部长时段的文献，而其中的《匠人营国》很可能是受到西汉末年长安城形制的启发或影响，其最终的写定时间在西汉末年，也即在此时《考工记》被补入《周礼》之中。
徐龙国在对汉长安城夯土技术的研究中，通过对现存城墙剖面夯土连续、断裂及穿棍等现象的观察，对汉长安城的夯筑技术进行了探讨，提出汉长安城“连片版筑”的论点。徐龙国认为，这种夯筑技术是在战国时期长板筑城及穿棍架板技术的基础上发展起来的，对后世产生了深远的影响。
张建锋对汉长安城宫殿的地下建筑非常