Biển Đông có hai vịnh lớn là Vịnh Bắc Bộ và Vịnh Thái Lan. Đây là hai vịnh có vị trí chiến lược quan trọng đối với các nước có liên quan, gồm: Việt Nam, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia và Campuchia.
Vịnh Hạ Long thuộc phần bờ tây vịnh Bắc Bộ.
Nằm ở phía Tây Bắc của Biển Đông, giữa Việt Nam và Trung Quốc, Vịnh Bắc Bộ (trước đây còn được gọi là Vịnh Bắc Phần hay Vịnh Bắc Việt) là một trong những vịnh nước mặn lớn của thế giới, có diện tích khoảng 126.250 km2, chiều ngang nơi rộng nhất khoảng 310 km, nơi hẹp nhất khoảng 207 km. Vịnh có hai cửa biển là eo biển Quỳnh Châu rộng 35,2 km nằm giữa bán đảo Lôi Châu và đảo Hải Nam Trung Quốc, cửa chính được xác định là đường thẳng từ đảo Cồn Cỏ, tỉnh Quảng Trị, Việt Nam tới mũi Oanh Ca, Hải Nam, Trung Quốc rộng khoảng 207 km. Bờ Vịnh Bắc Bộ thuộc 10 tỉnh, thành phố của Việt Nam với tổng chiều dài khoảng 763 km và hai tỉnh của Trung Quốc với tổng chiều dài khoảng 695 km. Vịnh Bắc Bộ tương đối nông (chiều sâu chưa tới 60 m). Sông Hồng là con sông chính chảy vào vịnh này. Một số hải cảng chính trong Vịnh, gồm: Hải Phòng, Vinh của Việt Nam và Bắc Hải của Trung Quốc. Phần Vịnh phía Việt Nam quản lý có khoảng 2.300 đảo, đá ven bờ, như: Bạch Long Vĩ, Cát Bà, Cô Tô, v.v. Phía Trung Quốc quản lý có đảo Hải Nam và một số ít đảo nhỏ ở phía Đông Bắc của Vịnh, như: Vị Châu, Tà Dương, v.v.
Vịnh Bắc Bộ là nơi chứa đựng nhiều tài nguyên. Trong Vịnh có nhiều ngư trường lớn, cung cấp nguồn hải sản quan trọng cho đời sống của nhân dân hai nước. Các dự báo cho thấy, đáy Vịnh và lòng đất dưới đáy của Vịnh có tiềm năng về dầu mỏ và khí đốt. Vịnh là cửa ngõ giao lưu từ lâu đời của Việt Nam ra thế giới, có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự nghiệp phát triển kinh tế, thương mại quốc tế cũng như quốc phòng, an ninh của nước ta. Đồng thời, có vị trí chiến lược quan trọng đối với Việt Nam và Trung Quốc cả về kinh tế lẫn quốc phòng, an ninh, hai nước đã ký Hiệp định Phân định Vịnh Bắc Bộ vào ngày 25/12/2000.
Đối với Vịnh Thái Lan, còn gọi là Vịnh Xiêm, là một biển nửa kín, có diện tích khoảng 320.000 km2, giới hạn bởi bờ biển của bốn nước Thái Lan (1.560 km), Việt Nam (230 km), Malaysia (150 km) và Campuchia (460 km). Đỉnh phía Bắc của Vịnh này là vùng lõm Băng Cốc ở cửa sông Chao Phraya. Ranh giới của Vịnh Thái Lan được xác định theo đường nối từ mũi Cà Mau của Việt Nam tới thành phố Kota Baru của Malaysia. Chiều dài của Vịnh khoảng 830 km, chiều rộng trung bình là 385 km.
Vịnh Thái Lan tương đối nông, độ sâu trung bình của nó chỉ khoảng 45 m, chỗ sâu nhất là 80 m. Các sông chính chảy vào Vịnh này, gồm: Chao Phraya và Mae Klong của Thái Lan. Dòng chảy mạnh của nước từ các con sông này làm cho nước Vịnh tương đối nhạt và giàu trầm tích. Do nhiệt độ của vùng nhiệt đới tương đối cao nên trong các vùng nước của Vịnh Thái Lan có nhiều bãi đá san hô ngầm trên các đảo, như: Ko Samui, Ko Tao của Thái Lan, Phú Quốc của Việt Nam. Đây là điều kiện thuận lợi để phát triển du lịch phục vụ du khách có sở thích bơi lặn. Ngoài ra, Vịnh còn có trữ lượng tương đối lớn nguồn dầu mỏ và khí đốt.
Theo Công ước của Liên hợp quốc về Luật Biển năm 1982, toàn bộ Vịnh Thái Lan là đối tượng của các yêu sách mở rộng quyền tài phán, dẫn đến các mâu thuẫn về phân chia lãnh hải giữa các quốc gia: Thái Lan, Việt Nam, Malaysia và Campuchia. Đối với Việt Nam và Thái Lan, sau 09 vòng đàm phán, ngày 09/8/1997, hai nước đã ký Hiệp định về phân định ranh giới trên biển giữa hai nước trong Vịnh Thái Lan. Đây là Hiệp định phân định biển đầu tiên đạt được trong Vịnh này. Hiện nay, vẫn còn tồn tại vấn đề phân định biển giữa Việt Nam – Campuchia, Thái Lan – Campuchia, Việt Nam – Thái Lan – Malaysia, Việt Nam – Campuchia – Thái Lan.