高粱植株高大，根系发达，入土深，分布广，吸收能力强，消耗土壤养分较多，因此需要重施底肥。底肥以有机肥为主，迟效和速效结合，氮、磷、钾结合。底肥施用量一般堆肥每公顷施15000千克、猪圈粪15000千克、碳酸氢铵150千克、过磷酸钙225～300千克。
高粱施用化肥做种肥，用肥量少，经济有效。每公顷施用硫酸铵105千克、过磷酸钙150千克，氮磷配合可促进根系发育，增强根的吸收能力。种肥的施用方法是在播种时，将肥料条施于播种沟的一侧，覆一层土以后播种。注意不能使种子和化肥接触，以免影响种子发芽。
根据高粱的生长情况适时进行追肥，是争取高产的主要措施之一，尤其是在基肥和种肥不足的情况下进行追肥就更有必要。
高粱拔节以后，由于营养器官和生殖器官旺盛生长，植株吸收养分的数量急剧增加，是一生中吸收养分数量最多的时期。高粱拔节期吸收的磷占一生吸收总量的47.0％，为孕穗挑旗期的2倍，为开花灌浆期的7倍左右。
沈阳农业大学的研究表明，高粱在拔节期，体内的硝态氮含量与产量呈正相关，可见改善拔节期营养的重要。在拔节期或拔节前追肥，满足高粱拔梗与小穗小花分化对养分的需要，可显著增加拔梗与小花数，从而增加穗粒数。拔节期追肥不仅能促进幼穗分化，而且能增进茎叶分生组织的细胞分裂，使茎秆加粗，中上部叶片增大。
在生育期较长的地区，如果肥料数量多（每公顷375千克以上），或后期易脱肥的地块，应分两次追肥。追肥的数量分配应是前重后轻，即重施拔节肥，施肥量为总量的1／3；轻施挑旗肥，以减少小穗小花的退化，增加结实粒数与粒重，并防止早衰。
追肥的方法，可根据种植密度采用条施或埯施法。条施是在距植株6厘米处开10～13厘米深的沟，施肥后覆土；埯施也要刨坑深施覆土，即使结合耕地追肥，也要先开沟或刨埯深施覆土后再耕地，以免盖不上土而损失肥分。