首联提挈全篇，“万方多难”，是全诗写景抒情的出发点。在这样一个万方多难的时候，流离他乡的诗人愁思满腹，登上此楼，虽然繁花触目，诗人却为国家的灾难重重而忧愁，伤感，更加黯然心伤。花伤客心，以乐景写哀情，和“感时花溅泪”（《春望》）一样，同是反衬手法。在行文上，先写诗人见花伤心的反常现象，再说是由于万方多难的缘故，因果倒装，起势突兀；“登临”二字，则以高屋建瓴之势，领起下面的种种观感。
颔联从诗人登楼所见的自然山水描述山河壮观，“锦江”、“玉垒”是登楼所见。诗人凭楼远望，锦江流水挟着蓬勃的春色从天地的边际汹涌而来，玉垒山上的浮云飘忽起灭，正像古今世势的风云变幻，诗人联想到国家动荡不安的局势。上句向空间开拓视野，下句就时间驰骋遐思，天高地迥，古往今来，形成一个阔大悠远、囊括宇宙的境界，饱含着诗人对祖国山河的赞美和对民族历史的追怀；而且，登高临远，视通八方，独向西北前线游目骋怀，也透露诗人忧国忧民的无限心事。
颈联议论天下大势，“朝廷”、“寇盗”，是诗人登楼所想。北极，星名，居北天正中，这里象征大唐政权。上句“终不改”，反承第四句的“变古今”，是从前一年吐蕃攻陷京城、代宗不久复辟一事而来，意思是说大唐帝国气运久远；下句“寇盗”“相侵”，进一步说明第二句的“万方多难”，针对吐蕃的觊觎寄语相告：“莫再徒劳无益地前来侵扰！”词严义正，浩气凛然，在如焚的焦虑之中透着坚定的信念。
尾联咏怀古迹，讽喻当朝昏君，寄托诗人的个人怀抱。后主，指蜀汉刘禅，宠信宦官，终于亡国；先主庙在成都锦官门外，西有武侯祠，东有后主祠；《梁甫吟》是诸葛亮遇刘备前喜欢诵读的乐府诗篇，用来比喻这首《登楼》，含有对诸葛武侯的仰慕之意。诗人伫立楼头，徘徊沉吟，很快日已西落，在苍茫的暮色中，城南先主庙、后主祠依稀可见。想到后主刘禅，诗人不禁喟然而叹：“可怜那亡国昏君，竟也配和诸葛武侯一样，专居祠庙，歆享后人香火！”这是以刘禅比喻唐代宗李豫。李豫重用宦官程元振、鱼朝恩，造成国事维艰、吐蕃入侵的局面，同刘禅信任黄皓而亡国极其相似。所不同的是，诗人生活的时代只有刘后主那样的昏君，却没有诸葛亮那样的贤相。而诗人自己，空怀济世之心，苦无献身之路，万里他乡，高楼落日，忧虑满怀，却只能靠吟诗来聊以自遣。
全诗即景抒怀，写山川联系着古往今来社会的变化，谈人事又借助自然界的景物，互相渗透，互相包容；融自然景象、国家灾难、个人情思为一体，语壮境阔，寄意深远，体现了诗人沉郁顿挫的艺术风格。
这首七律，格律严谨。中间两联，对仗工稳，颈联为流水对，有一种飞动流走的快感。在语言上，特别工于各句（末句例外）第五字的锤炼。首句的“伤”，为全诗点染一种悲怆气氛，而且突如其来，造成强烈的悬念。次句的“此”，兼有“此时”、“此地”、“此人”、“此行”等多重含义，也包含着“只能如此而已”的感慨。三句的“来”，烘托锦江春色逐人、气势浩大，令人有荡胸扑面的感受。四句的“变”，浮云如白云变苍狗，世事如沧海变桑田，一字双关，引发读者作联翩无穷的想象。五句的“终”，是“终于”，是“始终”，也是“终久”；有庆幸，有祝愿，也有信心，从而使六句的“莫”字充满令寇盗闻而却步的威力。七句的“还”，是“不当如此而居然如此”的语气，表示对古今误国昏君的极大轻蔑。只有末句，炼字的重点放在第三字上，“聊”是“不甘如此却只能如此”的意思，抒写诗人无可奈何的伤感，与第二句的“此”字遥相呼应。
尤其值得读者注意的是，首句的“近”字和末句的“暮”字在诗的构思方面起着突出的作用。全诗写登楼观感，俯仰瞻眺，山川古迹，都是从空间着眼；“日暮”，点明诗人徜徉时间已久。这样就兼顾了空间和时间，增强了意境的立体感。单就空间而论，无论西北的锦江、玉垒，或者城南的后主祠庙，都是远处的景物；开端的“花近高楼”却近在咫尺之间。远景近景互相配合，便使诗的境界阔大雄浑而无豁落空洞的遗憾。
历代诗家对于此诗评价极高。清人浦起龙评论说：“声宏势阔，自然杰作。”（《读杜心解》卷四）沈德潜更为推崇说：“气象雄伟，笼盖宇宙，此杜诗之最上者。”（《唐诗别裁》卷十三）
游遍东西南朔，究竟关闽濂洛。淹贯典坟丘索，镕铸精华糟粕。
驱役风云电雹，成就文章著作。静似澄潭碧落，动若枢机橐籥。
清比朱霞白鹤，高等泰山乔岳。悟到先天天不言，坐断湖山山一角。
手持一卷太极图，默与濂溪添注脚。五行一，阴阳也，诚无为，机善恶。
阴阳一，太极也，入一门，闭六凿。太极本无极，也领真如归寂莫。
用之则行舍则藏，此是北山真行乐。遥寻竺土契参同，直溯横渠绍家学。
露台性宜月，我性爱登台。月岂与我期，台成月自来。
从游者清风，披襟共徘徊。便当凌霄去，惜我非仙才。
人间实污陋，孰能委形骸？可怜玷风月，抚膺暗生哀。
碧海连青天，月逝我独回。