《史记》卷一一三《南越列传》关于平定南越战事有这样的记载：“元鼎五年秋，卫尉路博德为伏波将军，出桂阳，下汇水；主爵都尉杨仆为楼船将军，出豫章，下横浦；故归义越侯二人为戈船、下厉将军，出零陵，或下离水，或柢苍梧；使驰义侯因巴蜀罪人，发夜郎兵，下牂柯江。咸会番禺。”这是一次以舟船作为主要军运方式的战役，“楼船”作用显著。“元鼎六年冬，楼船将军将精卒先陷寻陕，破石门，得越船粟，因推而前，挫越锋，以数万人待伏波。伏波将军将罪人，道远，会期后，与楼船会乃有千余人，遂俱进。楼船居前，至番禺。建德、嘉皆城守。楼船自择便处，居东南面；伏波居西北面。会暮，楼船攻败越人，纵火烧城。越素闻伏波名，日暮，不知其兵多少。伏波乃为营，遣使者招降者，赐印，复纵令相招。楼船力攻烧敌，反驱而入伏波营中。犁旦，城中皆降伏波。吕嘉、建德已夜与其属数百人亡入海，以船西去。伏波又因问所得降者贵人，以知吕嘉所之，遣人追之。”事后，“楼船将军兵以陷坚为将梁侯”。应当注意到，“楼船将军兵”“陷坚”，主要还是以陆战形式。唯一可以看做“用船战逐”即水上“战斗驰逐”的战例，可能即“先陷寻陕，破石门，得越船粟，因推而前，挫越锋”。此外再难以看到真正水战的情形。而所谓“得越船粟”，可能只是对敌军辎重部队发起攻击而取得战利。就汉代文献分析，看来“楼船”似乎并没有在实战中发挥战舰的作用。《太平御览》卷三五一引王粲《从军诗》所谓“楼船凌洪波，寻戈刺群虏”等对于“楼船”水上作战能力的形容，可能只是出于文人想象。
《史记·南越列传》说征伐南越事：“令罪人及江淮以南楼船十万师往讨之。”裴骃《集解》引应劭曰：“时欲击越，非水不至，故作大船。船上施楼，故号曰‘楼船’也。”“楼船”的主要特征似乎是“船上施楼”，《史记·平准书》所谓“治楼船高十余丈……甚壮”，也说明了这一形制特点。《后汉书·岑彭传》：“装直进楼船、冒突露桡数千艘。”李贤注也说：“‘楼船’，船上施楼。”于是人们认为，“汉代兴起的楼船，其最主要特征是具有多层上层建筑”席龙飞：《中国造船史》，72页，武汉，湖北教育出版社，2000年1月。。不过，《太平御览》卷七○二引《吴志》写道：“刘基，孙权爱敬之。尝从御楼船上。时雨甚，权以盖自覆，又令覆基，余人不得也。”孙权所御“楼船”上竟然无从避雨，似乎并没有“楼”。也可能通常所谓“楼船”未必都是“船上施楼”，有的“楼船”可能仅仅只是“大船”而已。
“楼船军”的编成，船只可能也是大小相杂，并非一色“大船”。可能正如有的研究者所指出的，“楼船军”“以楼船为主力”，“舰队中除了楼船以外，还配备有其它各种作战舰只”金秋鹏：《中国古代的造船和航海》，84页，北京，中国青年出版社，1985年11月。。《后汉书·马援传》：“援将楼船大小二千余艘，战士二万余人，进击九真贼征侧余党都羊等，自无功至居风，斩获五千余人，峤南悉平。”所谓“楼船大小二千余艘，战士二万余人”，则每艘战船平均只有10人。有学者就此对汉代“水军”编制有所分析：“大小二千余艘船，有战士二万余人，则平均每船十人左右。当然，大船肯定不只十人，小船亦当少于十人。但既要划船，又设干戈于船上（应有弓箭手和使用戈矛之士），至少也不会少于五人。水军也很可能以什伍编制的。”熊铁基：《秦汉军事制度史》，197页。我们更为关注的，是舰队船只的规模。“平均每船十人左右”，“大船”的数量必然有限。而据《太平御览》卷七六八引《后汉书》曰：“马援平南越，将楼船大小三千余艘，士二万余人，进击九贞贼征侧余党都羊等，自无功至居风，斩获五千余人，峤南悉平。”又写作“将楼船大小三千余艘，士二万余人”，按照这样的记录，则“每艘战船平均只有”不到7人。参见王子今：《论杨仆击朝鲜楼船军“从齐浮渤海”及相关问题》，载《鲁东大学学报》（哲学社会科学版），2009（1），收入《登州与海上丝绸之路》。
《三辅黄图》卷四引《三辅旧事》说，昆明池中有“楼船百艘”。这只不过是水军操演检阅使用的教练舰。《史记·平准书》裴骃《索隐》：“《黄图》云：‘昆明池周匝四十里，以习水战。’又荀悦云：‘昆明子居滇河中，故习水战以伐之也。’”史籍中可以看到汾河、渭河都曾浮行天子所乘“楼船”的记载。汉武帝《秋风辞》中写道：“泛楼船兮济汾河，横中流兮扬素波。”汉元帝初元五年（前44），“酎祭宗庙，出便门，欲御楼船”，御史大夫薛广德当乘舆车免冠顿首劝止，曰“宜从桥”，宣称“陛下不听臣，臣自刎，以血汙车轮，陛下不得入庙矣！”（《汉书·薛广德传》）“御楼船”，成为济渡汾、渭的方式之一。乘坐这种巨型船舶以显示威仪，对帝王具有极强的诱惑力。西汉时庐江郡有“楼船官”（《汉书·地理志上》）。《汉书·严助传》记载，闽越王“数举兵侵陵百越，并兼邻国”，又“入燔寻阳楼船”。颜师古注：“汉有楼船贮在寻阳也。”朱买臣则曾受诏到会稽“治楼船，备粮食、水战具”，准备浮海攻东越（《汉书·朱买臣传》）。楼船当时已经是于内河航运和海上航运均得以应用的船型。
从《汉书·薛广德传》所见薛广德等谏止汉元帝御楼船济渭时“乘船危”、“圣主不乘危”诸语，可以推知当时楼船的稳性仍然存在一定问题。东汉末，曹操军与孙权军争夺长江水面控制权，孙权使偏将军董袭“督五楼船住濡须口”，“夜卒暴风，五楼船倾覆”，董袭不肯“委去”，终于船败身死（《三国志·吴书·董袭传》）。看来风害是楼船安全的严重威胁。《通典·兵十三·水战具》关于楼船形制，也说道：
楼船，船上建楼三重，列女墙、战格，树幡帜，开弩窗矛穴，置抛车、礨石、铁汁，状如城垒。忽遇暴风，人力莫能制，此亦非便于事。然为水军，不可不设以成形势。
由于船体庞大，在当时的条件下，操纵性即航向稳定性和回转性亦未能尽如人意。“灏灏之海济，楼航之力也。”然而如若突遇风浪，则难免成为所谓“沉流之航”（《法言·寡见》）。当时海上航行，确实往往“于海中遭风，多所没失”（《三国志·吴书·虞翻传》裴松之注引《江表传》）。杜畿为曹丕“作御楼船，于陶河试船，遇风没”（《三国志·魏书·杜畿传》），也是造船史上一次著名的失败的记录。
《后汉书·公孙述传》记载，公孙述据蜀地而谋天下，聚兵积粮，“又造十层赤楼帛兰船”。李贤注：“盖以帛饰其兰槛也。”《资治通鉴》卷四一“汉光武帝建武四年”直接写作“又造十层楼船”。可见楼船修造，日益追求宏大和华美。孙权使董袭督五楼船，“五楼船”者，未必指五艘楼船，很有可能是说五层楼船。
可以体现汉代楼船形制的文物资料极其有限。平壤乐浪古坟汉镜纹饰有以楼船作为图案内容者。参见[日]林巳奈夫：《漢代の文物》，插図7~81。广州龙生冈43号东汉木椁墓随葬晶中，发现1件结构散乱、部分构件已朽坏的木船模型，“经部分复原，船上是建有重楼的”，船体部件大多有彩绘花纹，有些还以镂空图案作为装饰。参见广州市文物管理委员会：《广州市龙生冈43号东汉木椁墓》，载《考古学报》，1957（1）。
秦汉时期还曾经出现适应不同需要而设计制作的多种异型船。
例如，《淮南子·本经》有所谓“龙舟鹢首”，高诱注：“龙舟，大舟也，刻为龙文以为饰也。鹢，大鸟也，画其像著船头，故曰鹢首。”《太平御览》卷七六八引《释名》：“舟名青翰、千翼、赤鸟、亦名鹢首。”司马相如《子虚赋》：“游于青池，浮文鹢。”《艺文类聚》卷七一引《说苑》也有“乘青翰之舟，张翠羽之鹢”的辞句。《太平御览》卷七七〇引班固《东都赋》：“命舟牧为水嬉，浮鹢首、瞖云、芝交。”《西京杂记》卷六说，“太液池中有鸣鹤舟、容与舟、清旷舟、采菱舟、越女舟。”诸葛恪还曾制作所谓“鸭头船”（《初学记》卷二五引《吴志》）。《太平御览》卷七七〇引王粲《海赋》：“乘菌桂之舟，晨凫之舸”所说到的则可能是海上游船。
船舶产品一般品种型类多，而生产批量则相当有限，皇家贵族“水嬉”之船形式则更为纷杂，数量更为微少。形形色色的宫苑游乐用船尽管应用范围极其狭窄，对于社会交通交往发展的作用也微不足道，然而也是当时造船工匠的一种文化创造，其质量一般优先得到保证，因而也可以作为反映当时造船业生产水平的例证之一。