Đảng bộ Sư đoàn 301 là Đảng bộ cấp trên trực tiếp cơ sở, gồm 9 đảng bộ, chi bộ cơ sở trực thuộc với 3 Đảng bộ bộ phận, 61 chi bộ. Các chi bộ trong Đảng bộ Sư đoàn được thành lập với 3 loại hình tổ chức đảng: Đơn vị chiến đấu, đơn vị khung thường trực và cơ quan, đơn vị quản lý cơ sở vật chất, hậu cần-kỹ thuật, tài chính. Những năm qua, các chi bộ thuộc Đảng bộ Sư đoàn luôn là hạt nhân lãnh đạo, đoàn kết, chủ động, khắc phục mọi khó khăn lãnh đạo hoàn thành toàn diện các nhiệm vụ. Đặc biệt, quán triệt, triển khai thực hiện Kế hoạch số 1666, ngày 16/8/2023 của Đảng ủy Bộ Tư lệnh Thủ đô Hà Nội về xây dựng mô hình “Chi bộ 4 tốt”, Đảng ủy Sư đoàn đã lãnh đạo, chỉ đạo hoàn thành toàn diện các tiêu chí đề ra.