宜川被攻克之后，国民党西安“绥靖”公署主任胡宗南为确保西安，胡宗南为确保西安，急调原据守潼关至洛阳段的裴昌会兵团全部增援西安。原在郑州南下的孙元良兵团，也龟缩回郑州，准备以两个旅加强汜水、黑石关一线的防御。
原位于平汉线上遂平、驻马店的胡琏兵团，正以一部袭扰集结在沙河、淮河之间休整的刘邓大军。在鲁西南地区监视在黄河以北休整的华东野战军的邱清泉兵团有回师陇海路郑州以东的征候。
胡、邱两兵团，是当时敌人在中原地区可用于机动作战的主要兵团。这样，在洛阳以东至郑州，以西至潼关370余公里的沿线上，只剩下据守在洛阳的国民党青年军206师，别无其它正规部队。
洛阳已陷入孤立，实为趁机攻取的良机。3月初为了掩护刘邓大军和粟裕兵团的休整，配合西北野战军的行动，消灭敌人的有生力量，中央军委不失时机地决定，由陈赓、陈士榘、唐亮指挥华东野战军第3、第8纵队和晋冀鲁豫野战军第4、第9纵队10余万兵力立即发动洛阳战役。
拟定兵团指挥部随三纵、四纵，由襄城、宝丰地区出发，经临汝进到伊川、龙门附近集结待命，准备负责攻城；8纵由禹城出发，经登封、嵩山进至偃师、黑石关以南地区集结待命；九纵主力和太岳五分区部队袭占新安、渑池地区，阻击可能由潼关东援之敌。
分析认为，西去的裴昌会兵团无暇东顾，郑州孙元良兵团并非蒋介石嫡系，西援不会十分积极。因此，洛阳战役打响后，蒋介石必派嫡系胡琏兵团由漯河北上增援。该兵团必经郑州同孙元良并肩西进，如由登封、临汝小道直趋洛阳，路程虽近但道路崎岖，地方狭窄不易展开，易遭伏击，且很费时，以最快速度也要五天左右才能赶到洛阳附近。
因此，攻占洛阳，要力争在3-5天内结束战斗，否则将会遇到困难。 在战术中，应该采取隐蔽接近，突然袭击。首先夺取西关，同时侦察部署突破城门的事宜等，然后，发起对城门的连续爆破，成功后实施连续突击，以速战速决的打法攻城。
3月4日，部队分头向洛阳抵进。洛阳是中原战略要地，地扼秦晋豫三省要冲，是历代兵家必争之地。国民党**曾于1932年定洛阳为“行都”，在政治、军事、交通等方面都具有相当重要的地位。
同时，洛阳又是郑州与西安之间的联络中心和补给重地。蒋介石对洛阳的重要性有清醒的认识，他曾亲自召见守备洛阳的206师师长邱行湘，指示他“洛阳的地形很好，易守难攻。洛阳的邙山、龙门、西工都非常重要，必须加强工事，严加防守，教育部队。飞机场也很重要，必须确实控制。”
邱行湘的第206师是蒋介石嫡系，守城之敌除此之外，还有中央炮兵四个连和独立汽车第五营，共约二万人。206师全部是美械装备，火力较强，技术水平较高，该师军官政治上反动，死心塌地随从蒋介石。其士兵多是西北等省失业、失学青年，长期受正统的训练和教育，战斗力较强。
国军的部署是：师部率一团担任城内西北运动场及洛阳中学、城西北关帝庙至城东北站段守备；二团除派出一个连驻守美国医院，一个营驻守上清官为外围据点，其余为全师预备队；三团担任东北门至城东南潞泽会馆段守备；四团除一部分守备城西门南北段外，其余为师部控制的守备队；六团担任城西周公庙、火柴公司和西工发电厂等处守备；师工兵营驻守东、西车站；整编39师炮营、八团三连、十四团之一部为第一炮队，位于西北运动场及菜市场，担任支援第一线部队及城周围之战斗；师属炮兵营为第二炮队，分散配置于各城角，配合步兵作战，营部位于文峰塔附近。
炮兵总观察所设于文峰塔上，除特种兵外，其它守备部队均留出三分之—兵力作为预备队。洛阳城内外的防御工事也是十分坚固的。其城防工事完全是在美国军事顾问团指导下修建的，具有现代化半永久性质。
其构筑和组成有几个特点：第一，阵地选择高地要冲，利用自然地形或孤立建筑物为依托，构成核心阵地。但又各自成为独立支撑点，互相策应，并能独立坚守，从而构成外围据点、城垣主阵地、核心阵地三道防线；第二，有层叠的地堡。每一阵地都以梅花形的诸多碉堡构成，碉堡之间且互相连接，单人工事与班、排、连工事互相连通。在二丈多高的城墙上，有很多城堡，上设有两三层射孔，从而构成城墙上下、房子内外、沟壕上下公开的、隐蔽的、真的假的互相结合；第三，城垣前沿筑有复杂多层次的辅助防御工事，如外壕、拒马、铁丝网、交通壕、地霄群等。外壕一般深五米，宽五至十米。
东门外东西不足2阗米的距离内，即设有五道铁丝网、四道拒马、三层潜伏地壕、两道外壕。在各工事间隙中密布**群，仅周公庙阵地就有**1500多个。
每个阵地都贮备数日食品、饮料和大量弹药，还有炊事所、水井、寝室、厕所等。大的核心阵地还备有地下电线、地下掩蔽部，其最大的可容一、二百人。这就是敌人号称“铜墙铁壁”的工事。
《洛阳日报》当时曾吹虚洛阳是双层袋形阵地，“易进难出”，“共军如攻此城，无疑自投罗网”。但守军兵力薄弱，青年军第206师仅辖2个旅，既缺乏实战经验，又处境孤立。
3月5日，陈赓等指挥部队从襄城、伊阳、禹县（禹州市）地区北上向洛阳开进。国民党军统帅部发现人民解放军有进攻洛阳征候，即令陆军总司令部郑州指挥部主任孙震统一指挥所属整编第47军主力自许昌、新郑地区北开郑州，2个旅车运汜水、黑石关一线;另以整编第18军自漯河、商水地区向许昌集结，待机增援洛阳。