宜川被攻克之後，國民黨西安“綏靖”公署主任胡宗南爲確保西安，胡宗南爲確保西安，急調原據守潼關至洛陽段的裴昌會兵團全部增援西安。原在鄭州南下的孫元良兵團，也龜縮回鄭州，準備以兩個旅加強汜水、黑石關一線的防禦。
原位於平漢線上遂平、駐馬店的胡璉兵團，正以一部襲擾集結在沙河、淮河之間休整的劉鄧大軍。在魯西南地區監視在黃河以北休整的華東野戰軍的邱清泉兵團有回師隴海路鄭州以東的徵候。
胡、邱兩兵團，是當時敵人在中原地區可用於機動作戰的主要兵團。這樣，在洛陽以東至鄭州，以西至潼關370餘公里的沿線上，只剩下據守在洛陽的國民黨青年軍206師，別無其它正規部隊。
洛陽已陷入孤立，實爲趁機攻取的良機。3月初爲了掩護劉鄧大軍和粟裕兵團的休整，配合西北野戰軍的行動，消滅敵人的有生力量，中央軍委不失時機地決定，由陳賡、陳士榘、唐亮指揮華東野戰軍第3、第8縱隊和晉冀魯豫野戰軍第4、第9縱隊10餘萬兵力立即發動洛陽戰役。
擬定兵團指揮部隨三縱、四縱，由襄城、寶丰地區出發，經臨汝進到伊川、龍門附近集結待命，準備負責攻城；8縱由禹城出發，經登封、嵩山進至偃師、黑石關以南地區集結待命；九縱主力和太嶽五分區部隊襲佔新安、澠池地區，阻擊可能由潼關東援之敵。
分析認爲，西去的裴昌會兵團無暇東顧，鄭州孫元良兵團並非蔣介石嫡系，西援不會十分積極。因此，洛陽戰役打響後，蔣介石必派嫡系胡璉兵團由漯河北上增援。該兵團必經鄭州同孫元良並肩西進，如由登封、臨汝小道直趨洛陽，路程雖近但道路崎嶇，地方狹窄不易展開，易遭伏擊，且很費時，以最快速度也要五天左右才能趕到洛陽附近。
因此，攻佔洛陽，要力爭在3-5天內結束戰鬥，否則將會遇到困難。 在戰術中，應該採取隱蔽接近，突然襲擊。首先奪取西關，同時偵察部署突破城門的事宜等，然後，發起對城門的連續爆破，成功後實施連續突擊，以速戰速決的打法攻城。
3月4日，部隊分頭向洛陽抵進。洛陽是中原戰略要地，地扼秦晉豫三省要衝，是歷代兵家必爭之地。國民黨**曾於1932年定洛陽爲“行都”，在政治、軍事、交通等方面都具有相當重要的地位。
同時，洛陽又是鄭州與西安之間的聯絡中心和補給重地。蔣介石對洛陽的重要性有清醒的認識，他曾親自召見守備洛陽的206師師長邱行湘，指示他“洛陽的地形很好，易守難攻。洛陽的邙山、龍門、西工都非常重要，必須加強工事，嚴加防守，教育部隊。飛機場也很重要，必須確實控制。”
邱行湘的第206師是蔣介石嫡系，守城之敵除此之外，還有中央炮兵四個連和獨立汽車第五營，共約二萬人。206師全部是美械裝備，火力較強，技術水平較高，該師軍官政治上反動，死心塌地隨從蔣介石。其士兵多是西北等省失業、失學青年，長期受正統的訓練和教育，戰鬥力較強。
國軍的部署是：師部率一團擔任城內西北運動場及洛陽中學、城西北關帝廟至城東北站段守備；二團除派出一個連駐守美國醫院，一個營駐守上清官爲外圍據點，其餘爲全師預備隊；三團擔任東北門至城東南潞澤會館段守備；四團除一部分守備城西門南北段外，其餘爲師部控制的守備隊；六團擔任城西周公廟、火柴公司和西工發電廠等處守備；師工兵營駐守東、西車站；整編39師炮營、八團三連、十四團之一部爲第一炮隊，位於西北運動場及菜市場，擔任支援第一線部隊及城周圍之戰鬥；師屬炮兵營爲第二炮隊，分散配置於各城角，配合步兵作戰，營部位於文峰塔附近。
炮兵總觀察所設於文峰塔上，除特種兵外，其它守備部隊均留出三分之—兵力作爲預備隊。洛陽城內外的防禦工事也是十分堅固的。其城防工事完全是在美國軍事顧問團指導下修建的，具有現代化半永久性質。
其構築和組成有幾個特點：第一，陣地選擇高地要衝，利用自然地形或孤立建築物爲依託，構成核心陣地。但又各自成爲獨立支撐點，互相策應，並能獨立堅守，從而構成外圍據點、城垣主陣地、核心陣地三道防線；第二，有層疊的地堡。每一陣地都以梅花形的諸多碉堡構成，碉堡之間且互相連接，單人工事與班、排、連工事互相連通。在二丈多高的城牆上，有很多城堡，上設有兩三層射孔，從而構成城牆上下、房子內外、溝壕上下公開的、隱蔽的、真的假的互相結合；第三，城垣前沿築有複雜多層次的輔助防禦工事，如外壕、拒馬、鐵絲網、交通壕、地霄羣等。外壕一般深五米，寬五至十米。
東門外東西不足2闐米的距離內，即設有五道鐵絲網、四道拒馬、三層潛伏地壕、兩道外壕。在各工事間隙中密佈**羣，僅周公廟陣地就有**1500多個。
每個陣地都貯備數日食品、飲料和大量彈藥，還有炊事所、水井、寢室、廁所等。大的核心陣地還備有地下電線、地下掩蔽部，其最大的可容一、二百人。這就是敵人號稱“銅牆鐵壁”的工事。
《洛陽日報》當時曾吹虛洛陽是雙層袋形陣地，“易進難出”，“共軍如攻此城，無疑自投羅網”。但守軍兵力薄弱，青年軍第206師僅轄2個旅，既缺乏實戰經驗，又處境孤立。
3月5日，陳賡等指揮部隊從襄城、伊陽、禹縣（禹州市）地區北上向洛陽開進。國民黨軍統帥部發現人民解放軍有進攻洛陽徵候，即令陸軍總司令部鄭州指揮部主任孫震統一指揮所屬整編第47軍主力自許昌、新鄭地區北開鄭州，2個旅車運汜水、黑石關一線;另以整編第18軍自漯河、商水地區向許昌集結，待機增援洛陽。