ダッ シュ力において抜群の実力を持っており、全盛期には加速を生かした先行や捲りなどの戦法で活躍していた。ただ持久力に弱点があり全速力をどれだけ維持できるかが成績の鍵となっていたが、大ギアが流行した際、それに適応させて持久力を維持したまま走ることが可能になり、優勝したグランプリとGIはいずれも4.33のギアで追い込んだ。
競輪選手となってからは競輪のみならず自転車競技のトラックレースでも活躍の場を広げ、2002年に韓国の釜山で開催されたアジア競技大会では、個人、チーム（神山雄一郎、渡邉晴智とともに）の両スプリント種目を制覇した。2002年には全日本自転車競技選手権大会個人スプリントで優勝し、同年の世界自転車選手権（シュトゥットガルト）の個人スプリントでは8位に入った。2004年のトラックワールドカップ・シドニー大会個人スプリントでは3位に入り、同年開催のアテネオリンピック出場への夢も膨らんだ。しかしメルボルンで開催された世界自転車選手権の個人スプリントでは本選にすら進めず、ここでアテネオリンピック出場の夢は絶たれた。しかし2005年11月開催のワールドカップ・モスクワ大会個人スプリントでは、再び3位入賞を果たすと、2006年開催のワールドカップ・シドニー大会のチームスプリントでも3位入賞に貢献。だが同年4月開催の世界選手権（ボルドー）では、個人、チームの両スプリント種目に出場するものの、いずれも成績は振るわず、自身が目標としていた北京オリンピック出場の夢も絶たれている。中部地区プロ自転車競技大会では2013年までに、スプリントで13年連続14度制覇している。
北勝海はこの膝のケガをきっかけに、休場が多くなっていった。当時は4横綱が番付に名を連ねていたが、5月場所の千代の富士の引退を皮切りに、次の7月場所では大乃国、翌1992年（平成4年）1月場所では旭富士も相次いで土俵を去り、同年3月にはついに北勝海のみの一人横綱となった。3月場所に再起を賭けて出場したものの、北勝海らしい相撲は全く見られず、初日から水戸泉、久島海に2連敗してそのまま途中休場した。北勝海は横綱の責任感からぎりぎりまで復活を目指したが、度重なるケガは殆ど回復しないために同年5月場所直前の5月8日、番付に名を残しながら28歳10か月の若さで現役引退を表明した（横綱で廃業・死亡者を除けば栃ノ海・大乃国に次ぐ史上3位の早齢だった）。これにより、わずか1年の間に4人の横綱が全ていなくなってしまったのである。なお、北勝海の横綱在位数は29場所（番付上は30場所）だった。その後、1992年5月場所から5場所（番付上では1992年7月から4場所）の間横綱空位（1931年（昭和6年）5月〜1932年（昭和7年）10月以来60年ぶり2例目）が続いたが、翌1993年（平成5年）1月場所後に曙がようやく横綱昇進を果たした。その直後北勝海の引退相撲が行われ、最後の横綱土俵入りには、新横綱の曙が太刀持ちを務めた（露払いは当時大関の小錦）。また、引退相撲では当時異例とも言える、北勝海最後の取組が行われ、その対戦相手は同じ「花のサンパチ組」の寺尾だった。北勝海が最後の場所となった1992年3月場所、3日目の対戦が寺尾と決まっていたが、北勝海は不戦敗となり5月場所前に引退したため、彼自身寺尾と対戦出来なかったことが心残りだったという。そして彼は、引退相撲で寺尾と最後の対戦をしたいと申し出ると、寺尾は快く承諾。そしてその取組では、寺尾が北勝海を寄り切って勝利したが、勝負が決まった瞬間寺尾は北勝海に「お疲れ様」と労いの言葉を贈った。素質はそれほどなかったが、非常に稽古熱心であり特に千代の富士との稽古は凄まじいものだった。その稽古熱心さから雑用を免除されており、チャンコ番をさせた兄弟子が千代の富士に叱られたという逸話も聞かれる。本人も千代の富士がいなければ綱などとても取れなかったという。横綱経験者としては自身が最多受賞である三賞11回の記録や甘めの横綱昇進などを引き合いに出して「それだけ特別に評価されてきたという証拠」という趣旨の主張を自伝に記述している。さらに師匠の九重は「千代の富士が大横綱になったことよりも、北勝海が横綱に昇進した事が一番の驚きだった」とも語っている。特に北勝海は幕内昇進後、千代の富士が休場した場所や3月場所には滅法強く、その時期での幕内優勝が多かった。髪の量は多い方だったが、頭から当たって突き押しで相撲を取るため、引退直前には額の生え際の毛は擦り切れかけていた。エメラルドグリーンの廻しを主に使用していたが、横綱昇進後は赤紫色の締め込みも見られた。また北勝海は、もともとは十両に昇進することを最大の目標としていた、とも語っている。富士昇（北天佑の実弟）事件を特集した相撲雑誌などに、将来の目標を「横綱」とした富士昇と対比する形で発言が引用掲載されている。当時、大関栃光に外見も取り口も似ているといわれ、師匠の九重も栃光の本を渡し読むように助言したという。現役時代より現在に至るまで後援会長は鈴木宗男が務めている。媒酌人は浅田満が務めた。化粧廻しも浅田が経営していたハンナンから贈られたことがある。なお、1991年7月場所千秋楽の旭富士対北勝海戦を最後に、日本出身横綱同士の本場所での対戦は行われていない（2019年（平成31年）時点）。