全诗一百一十二句，可以分为两个部分。从开始到“夜借邻人机”为第一部分，写杜秋生平。这一部分以叙事为主，但叙事中又有抒慨。
首先，作者刻画出了一个美貌的少女形象。在山清水秀的镇江，有一位女子天生丽质，她就是杜秋。她在美女如云的镇海军节度使李錡（诗中以叛乱被杀的汉吴王刘濞喻指）的后庭中，深受錡爱。她手持玉杯劝酒，李錡欣然陶醉，然后又唱起《金缕衣》：“劝君莫惜金缕衣，劝君惜取少年时。有花堪折直须折，莫待无花空折枝。”她十分美丽风流。作者先从肤色描写外貌，然后又通过行动来侧面表现，虚实相生，互为补充。接着，李錡被杀，杜秋被籍入宫，受到宪宗（李纯）的錡爱，出现在读者面前的是一位雍容华贵，但又略带一丝忧郁的皇妃形象。作者采用烘托的手法，用“椒壁”“金阶”“夹城”“南苑”“羽林仗”“辟邪旗”等皇宫特有的装饰和物件，来暗示人物的身份。在这新的环境中，她始则“盼眄独依依”，半是对旧主的依恋，半是对新君的畏惧，还有些羞怯，但在“低鬟认新錡”之后，终于“窈袅复融怡”了，恢复了青春的活泼和当日的丰采。然而，在“月上白璧门，桂影凉参差，金秋露新重”的清秋夜晚，她却“闲捻紫箫吹”，一个“闲”字，将心中的无聊和愁闷曲曲传出；“归来煮豹胎，餍饫不能饴”，不仅表现出宫中贵妇厌食甘肥的一般心理，其中也暗寓着个人身世的不愉快。作者在描写人物形象时手法富有变化，且十分精微。然而，好景不长，宪宗死后，杜秋却作了皇子李凑的“傅姆”，这是一次重大变化，出现在读者眼前的则是一位辛勤的保姆的形象。不过，作者却并没有正面描写保姆照料孩子的具体细节，而是通过写皇子的外貌（“壮绿緌緌”、“虎睛珠络褓”）、语言（“武帐弄哑咿”）、游戏（“渐抛竹马剧，稍出舞鸡奇”）和侍宴（“崭崭整冠佩，侍宴坐瑶池”）等情形，来侧面表现皇子的成长，保姆在十几年间的日夜照料、辛苦操劳，自然也默默包含在其中了。这位保姆眼看着自己辛勤抚育长大的皇子，“眉宇俨图画，神秀射朝辉”，心中也流露出一丝欣慰。但是，皇子终于被废弃，最后，杜秋被遣回故乡，沦落为一个无依无靠、穷困潦倒的孤苦老妪。这一形象，作者写得特别细致：杜秋出宫之时，“回首尚迟迟”，似梦非梦，一片凄楚；她已经老了，面对衰颜，连潼关旧吏和吴江舟人也认不出当年美丽的她；返回镇江住处，只见一片草莱，满目凄凉；冬天，她借邻居的织布机，才织出一疋白绢，为自己做御寒的衣服。那昔日少女的美丽风流和皇妃的雍容华贵，皆化为乌有，连做保姆也不可得，留下的只是无限悲楚和凄凉。至此，作者把杜秋这一妇女形象栩栩如生地展示在读者面前。这一形象中不单单包含着杜秋一人的身世之叹，还有着十分丰富而深刻的内蕴。作者把杜秋放在从元和二年（807年）略前到大和七年（833年）这“四朝三十载”的历史背景上，其中寓有深意。这三十年，正是藩镇割据、宦官专权之时。杜秋正当妙年，被李锜占有并被籍入宫，就是由于李锜这个藩镇作威作福和叛乱而直接造成的，从此在思想上给杜秋投下了阴影。她在入宫以后，几经变故：宪宗和敬宗先后被宦官害死，上台的穆宗和文宗也是被宦官拥护的；而皇子漳王李凑被废，也是由于宦官王守澄及其宾客郑注与宰相宋申锡争权，受到牵连而得罪的。此时，朝廷外有藩镇之乱，内有宦官之祸，国家经常动荡不安，人命危险，朝不虑夕。杜秋从一个美丽的少女，成为錡妾、皇妃，后又成为皇子保姆，最后竟沦为一个穷愁的老妪，命运的无常，令人感叹。
从“我昨金陵过”到末尾，是全诗的第二部分，着重抒写作者由杜秋生平而生发出来的感叹，但在抒情中也有叙事。
这一部分，“变化安能推”一句是中心，作者从杜秋生平，从剧烈动荡的政局中，感到变化无定、幻灭无常，于是产生了人生无常的感喟。作者围绕这一中心，采用推衍的手法，一层一层地将感叹慢慢扩大、加深。诗中先是由杜秋这个女子，引出了历史上的一群女子，她们是春秋时陈国的夏姬、越国的西施，汉朝时的薄姬、窦姬、唐姬，北朝时北齐的冯小怜，隋朝的萧皇后，这些女子虽然身世各各有别，共同的一点却是都被卷进了血腥的政治斗争漩涡之中，身不由己，或升或降，或浮或沉，历尽磨难。接着，作者由女子而联想到“士林”中的男子，他们也是一样。例如周朝的吕望，春秋时的管仲，战国时的孔子、孟子、范雎，秦朝的李斯，汉朝的周勃、申屠嘉、金日磾、苏武、邓通等等，他们在政治舞台上也是冒险犯难，穷通难卜，只能听天由命，谁也不能事先预知自己的未来。然后，作者于伤感和迷惑之中，像屈原写《天问》那样，连珠炮般地提出了一大堆问题：“地尽有何物？天外复何之？指何为而捉？足何为而驰？耳何为而听？目何为而窥？”从天地到自己的一身，这些是无法解答的问题。“己身不自晓，此外何思惟？”连自己身上的某个部分都不明究竟，身外之事，例如个人一生的荣辱进退，以及人间世道、政治斗争等等，自然不能够考虑得明白。正因为如此，所以才写了这首《杜秋娘诗》，寄寓着自己的感慨，愁来时独自长咏，聊以自叹自慰。在这里，作者流露出了浓厚的人生无常的思想。作者在这一部分中，由杜秋一人而推及历史上的许多人，最后又归结到自己一身，一方面点明了作诗的目的，同时也深深地寄托着个人的身世命运之叹，情感深沉荡气，结构也十分圆满、严谨。
表面上看，前后两部分似乎有些游离，但其实它们有着紧密的内在联系。前一部分是后一部分的形象基础，后一部分是形象的引申和发挥，没有后一部分，前一部分的形象就不可能那样丰满和内涵深刻，作者的沉痛心情也不会表达得那样强烈、充分。两部分相辅相成，不可或缺。这两部分中，作者在叙事、抒慨时，又作了精心的剪裁，详略极为恰当。前一部分刻画杜秋，把笔墨主要是对她的各个不同时期的形象的富有特征的描写上，其间几次重大政治斗争的转折，都只是一笔带过。例如李锜败亡，杜秋入京，只说“濞既白首叛，秋亦红泪滋。吴江落日渡，灞岸绿杨垂”；宪宗死亡，杜秋作保姆，也只说了“铜雀分香悲”、“画堂授傅姆”几句；至于漳王遭废、杜秋被放那样复杂的情事，作者也只说了四句：“一尺桐偶人，江充知自欺。王幽茅土削，秋放故乡归。”这样显得笔墨极为节省，是作者有意为之：把作为背景的政治斗争交待得比较含蓄，让读者自去体味深蕴其中的深意；同时也是在有限的篇幅中腾出更多的笔墨来刻画杜秋这个中心人物的形象。通过这样的精心安排，虚实相生，疏密有致，在细心而集中的刻画中，杜秋这个形象血肉饱满、呼之欲出，成为中国历史上著名的文学故事人物。后一部分作者抒发感叹，也是详略得当。对于历史人物中的男男女女，作者通过使用典故，点到即止，而蕴含其中的丰富内容，却让读者自己玩而得之。但在末尾写到自己的感慨时，却比较详细，重笔浓墨，极意挥洒，特别是疑问句的排比连用，更体现出作者难于抑遏的哀愤。这些，都体现了作者驾驭长篇的能力和精妙构思的高度艺术技巧。
在遣词造句方面，精炼形象。例如“吴江落日渡，灞岸绿杨垂”二句，不仅对仗精切，而且形象鲜明，含义丰富。杜秋乘船离开镇江时，落日的余辉照在吴江的渡口上，无限的依依分别之情见于言外；来到长安时，灞岸千万条柳丝正在春风中低垂荡漾，帝都的气派以及通过柳丝而暗喻的杜秋体态的袅娜，也全都如在目前。只有十个字，南北千里的变换，鲜明如画的景物，主人公的内心世界，都交待得一清二楚，在叙事、抒情长诗中，堪称洗练精致。其他如“椒壁悬锦幕，镜奁蟠蛟螭”、“咸池升日庆，铜雀分香悲”以及“觚稜拂斗极，回首尚迟迟”、“归来四邻改，茂苑草菲菲”等等，无不如此。这使得全诗在清丽中显得骨气刚劲，表现了杜牧诗独特的风格。
吴齐贤《论杜》曰：“唐人作诗，于题目不轻下一字，而杜诗尤严。”此诗题目却有点悖于常理。按说，疲倦只有在紧张的劳作之后才会产生，夜间人们休息安眠，应不会“倦”。因此，诗人夜里为什么会疲倦是这首诗的一条重要线索。
起句云：“竹凉侵卧内，野月满庭隅。”“竹”、“野”二字，不仅暗示出诗人宅旁有竹林，门前是郊野，也分外渲染出一派秋气：夜风吹动，竹叶萧萧，入耳分外生凉，真是“绿竹助秋声”；郊野茫茫，一望无际，月光可以普照，更显得秋空明净，秋月皓洁。开头十个字，勾画出清秋月夜村居的特有景况。三、四两句紧紧相承，又有所变化：“重露成涓滴，稀星乍有无。”上句扣竹，下句扣月。时间已经是深夜了。五、六两句又转换了另外一番景色：“暗飞萤自照，水宿鸟相呼。”这是秋夜破晓前的景色。
以上六句，把从月升到月落的秋夜景色，描写得历历在目。虽然这六句全写自然景色，单纯写“夜”，没有一字写“倦”，但在这幅“秋夜图”中，不仅有绿竹、庭院、朗月、稀星、暗飞的萤、水宿的鸟，其实还有这些景物的目击者──诗人自己。他孤栖“卧内”，辗转反侧，不能成眠：一会儿拥被支肘，听窗外竹叶萧萧，露珠滴答；一会儿对着洒满庭院的溶溶月光，沉思默想；一会儿披衣而起，步出庭院，仰望遥空，环视旷野，心事浩茫。这一夜从月升到月落，诗人不曾合眼。彻夜不眠，他该有多么疲倦啊！这样就有了这些疑问：如此清静、凉爽的秋夜，诗人为何不能酣眠？有什么重大的事苦缠住他的心？诗的最后两句诗人直吐胸臆：“万事干戈里，空悲清夜徂！”原来他是为国事而忧心。“万事干戈里”，诗人非常深切地关注着国家和人民的命运，难怪他坐卧不安，彻夜难眠。但是，当时昏君庸臣当政，有志之士横遭贱视和摒弃，诗人自己也是报国无门。故诗的结语云：“空悲清夜徂！”“空悲”二字，抒发了诗人无限感慨与忧愤。
诗的最后两句，对全篇起了“点睛”的作用。这两句的出现使前面所描写的那些自然景物显现出一层新的光彩，它们无一不寄寓着诗人忧国忧时的感情，与诗人的心息息相通：由于诗人为国事而心寒，故分外感到“竹凉侵卧内”；由于诗人叹息广大人民的乱离之苦，故对那如泪珠滚动般的“重露成涓滴”之声特别敏感；那光华万里的“野月”，使诗人思绪向广阔和遥远的空间驰骋；那乍隐乍现、有气无力的“稀星”，似乎显示出诗人对当时政局动荡不定的担心；至于那暗飞自照的流萤，相呼结伴的水鸟，则更明鲜地衬托出诗人“消中只自惜，晚起索谁亲”（《赠王二十四侍御契四十韵》）的孤寂心情。
前人赞美杜诗“情融乎内而深且长，景耀乎外而远且大”（明谢榛《四溟诗话》）。这首诗中由于诗人以“情眼”观景、摄景，融情于景，故诗的字面虽不露声色，只写“夜”，不言“倦”，只写“耀乎外”的景，不写“融乎内”的情，但诗人的羁孤老倦之态，忧国忧时之情，已从这特定的“情中之景”里鲜明地流露出来。在这里，情与景，物与我，妙合无垠，情寓于景，景外合情，有一咏三叹，余韵无尽的效果。
这首诗的构思布局精巧玲珑。全诗起承转合，井然有序。前六句写景，由近及远，由粗转细，用空间的变换暗示时间的推移，画面变幻多姿，情采步步诱人。诗的首联“竹凉侵卧内，野月满庭隅”，峭拔而起，统领下两联所写之景。设若此两句写作“夜凉侵卧内，明月满庭隅”，不仅出语平庸，画面简单，而且下面所写之景也无根无绊。因为无“竹”，“重露”就无处“成涓滴”；无“野”，飞萤之火、水鸟之声的出现，就不知从何而来。由“竹”、“野”二字，可见诗人炼字之精，构思布局之细。此诗结尾由写景转入抒情，似断实联，外断内联，总结了全篇所写之景，点明了题意，使全诗在结处翼然振起，情景皆活，焕发出异样的光彩。