Н.В. Смирнов, отмечает, что ко времени Оршанского сражения у московских воевод должно было быть уже значительно меньше ратных людей: «…с самого начала похода из армии шел постоянный отток служилых людей. Прежде всего это были раненые и заболевшие дворяне, получавшие право покинуть действующую армию. Очень часто рядовые дети боярские отправлялись в тыл с посланиями, сеунчами, челобитными, сопровождали пленных и трофеи. В итоге, чем дольше длился поход, вне зависимости от степени его успешности, тем меньше оставалось служилых людей „по отечеству“ в составе дворянской корпорации». К моменту сражения под Оршей поход 1514 года завершался. Были позади долгий марш к Смоленску и его трехмесячная осада. Служилые «города», отправленные из-под Смоленска в поход под Оршу, являлись существенно меньшими, чем в начале похода. Уже с 1512 года в источниках появляется понятие «легкие рати», которые отправлялись в рейды по вражеской территории или для дальнего преследования противника. Личный состав для них специально выбирался из всех полков и включал в себя молодых, «резвых» детей боярских с большим числом хороших коней и с конными холопами при запасных и вьючных лошадях. Похоже, что московские полки, направленные за Днепр в 1514 году, представляли собой именно некий вариант такой «легкой рати» численностью не более 25 тысяч человек.
Войско Великого княжества Литовского также представляло собой феодальное ополчение. В 1507 году Виленский сейм постановил, что знать и вся шляхта должны в имениях переписать всех своих людей, обязанных служить, и представить списки в королевскую канцелярию. Такие переписи и смотры проводились регулярно. Войско ВКЛ собиралось в «поветовые хоругви» — территориальные воинские подразделения. По иному принципу строилось польское войско. Хотя большую роль в нем продолжало играть дворянское ополчение, поляки гораздо шире применяли наемную пехоту, вербуя наемников в Ливонии, Германии, Венгрии. Отличительной чертой наемных войск было массовое применение огнестрельного оружия. Общее руководство литовско-польскими силами в сражении под Оршей осуществлял гетман ВКЛ Константин Острожский, основной частью кавалерии командовал Юрий Радзивилл «Геркулес», а отдельными отрядами киевский князь Юрий Олелькович и И.Б. Сапега. Польские отряды возглавляли Януш Сверчовский и Войцех Самполиньский.
В отличие от московской армии войско ВКЛ делало ставку на взаимодействие всех его родов на поле боя. Предполагались совместные действия тяжелой и легкой конницы, пехоты и полевой артиллерии. По сведениям польского историка того времени Мацея Стрыйковского, численность объединенных союзных сил была около 25 000 человек, в том числе около 15000 литовского посполитого рушения, 3000 литовских господарских дворян, 5000 тяжелой польской кавалерии, 3000 тяжелой польской пехоты, но из этого числа 4000 человек осталось в Борисове. С. Сарницкий сообщает, что в битве участвовало 2000 тяжелой польской кавалерии, 3000 тяжелой польской пехоты и 12 000 литовской кавалерии. По оценкам польского историка З. Жигульского, всего под командованием Острожского было около 35 000 человек, в том числе 15 000 литовского посполитого рушения, 17 000 наемной польской конницы и пехоты с хорошей артиллерией, а также 3000 добровольческой конницы, выставленной польскими магнатами.
Однако, по наблюдению кандидата исторических наук А.Н. Лобина, есть серьезные основания сомневаться в истинности цифр, которые были озвучены королевской канцелярией. Окружная грамота короля Сигизмунда о выступлении в поход от 24 мая 1514 года касалась земель Великого княжества, способных мобилизовать до 16 000 войск, но мобилизация шла медленно. К 18 июля по реестрам в распоряжении короля оказалось всего 2000 человек. Большинство шляхты игнорировало приказ о мобилизации, и к концу августа в Минск собрались лишь около 7000–8000 человек.
Одновременно происходил сбор наемников, но здесь свое веское слово сказало неудовлетворительное состояние казны. На Петриковском сейме решили нанять не 12 000, как планировали ранее, а только 7000 наемников. 29 апреля было выделено жалованье на 2063 конных и 2000 пеших наемников, а 20 мая еще на 1600 конных и 1000 пеших. Всего на войну выступило 20 конных и 15 пеших рот (6663 человека). Еще три роты нагнали королевские войска позже. От Короны Польской выступили надворная королевская хоругвь Войцеха Самполиньского и отряд Яна Тарновского. Таким образом, по подсчетам А.Н. Лобина, общая численность армии Сигизмунда равнялась примерно 16 000 человек, а за вычетом войск, оставшихся с королем в Борисове, в битве при Орше принимали участие около 12 000 человек. С известной долей вероятности можно предположить, что численность войск противников при любом способе подсчета была приблизительно равна, но непосредственно участвующая в сражении литовско-польская армия была все же меньше.
