การดำเนินการการบวกอีกอย่างหนึ่งซึ่งมีที่ใช้น้อยกว่า คือการบวกโดยตรง เราสามารถบวกเมทริกซ์ A มิติ m×n กับเมทริกซ์ B มิติ p×q ได้โดยไม่จำเป็นต้องมีมิติเท่ากัน ผลลัพธ์จะออกมาเป็นเมทริกซ์ที่มีมิติ (m + p) × (n + q) ตามที่นิยามไว้ดังนี้

A ⊕ B = [ A 0 0 B ] = [ a 11 ⋯ a 1 n 0 ⋯ 0 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ a m 1 ⋯ a m n 0 ⋯ 0 0 ⋯ 0 b 11 ⋯ b 1 q ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 0 ⋯ 0 b p 1 ⋯ b p q ] {\displaystyle A\oplus B={\begin{bmatrix}A&0\\0&B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}a_{11}&\cdots &a_{1n}&0&\cdots &0\\\vdots &&\vdots &\vdots &&\vdots \\a_{m1}&\cdots &a_{mn}&0&\cdots &0\\0&\cdots &0&b_{11}&\cdots &b_{1q}\\\vdots &&\vdots &\vdots &&\vdots \\0&\cdots &0&b_{p1}&\cdots &b_{pq}\end{bmatrix}}}

ดังตัวอย่างต่อไปนี้

[ 1 3 2 2 3 1 ] ⊕ [ 1 6 0 1 ] = [ 1 3 2 0 0 2 3 1 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 ] {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&3&2\\2&3&1\end{bmatrix}}\oplus {\begin{bmatrix}1&6\\0&1\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&3&2&0&0\\2&3&1&0&0\\0&0&0&1&6\\0&0&0&0&1\end{bmatrix}}}

การบวกแบบนี้ไม่มีคุณสมบัติการสลับที่ ลองพิจารณาตัวอย่างนี้เทียบกับข้างบน

[ 1 6 0 1 ] ⊕ [ 1 3 2 2 3 1 ] = [ 1 6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 3 2 0 0 2 3 1 ] {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&6\\0&1\end{bmatrix}}\oplus {\begin{bmatrix}1&3&2\\2&3&1\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&6&0&0&0\\0&1&0&0&0\\0&0&1&3&2\\0&0&2&3&1\end{bmatrix}}}