武漢三鎮位於長江中游，戰略位置極力重要。既有長江水路聯絡東西，又有平漢、粵漢鐵路貫通南北，並溝通西南和西北地區，從國外購買的各種戰略物資，大多由廣州運至此地再分運各個戰區，南京失守之後，國民政府雖已遷至重慶，但實際上，軍事、政治，經濟中心則在武漢。因而，國民政府提出「保衛大武漢」的口號。保衛大武漢的中心思想、並不在於武漢三鎮本身的得失，而是以武漢為核心，在其外圍皖、鄂、贛、豫廣大地區，與日軍進行作戰，消耗其戰力，挫敗其士氣，為杭戰的最後勝利奠定基礎。
1937年12月13日，中國軍事委員會在南昌制定的《軍事委員會第三期作戰計畫》方針就規定：「國軍以確保武漢為核心、持久抗戰、爭取最後勝利之目的，應以各戰區為外廓，發動廣大游擊戰，同時從新構成強韌陣地於湘東、贛西、皖西、豫南各山地，配置新銳兵力，待敵深入，在新陣地與之決戰。」徐州會戰後，第五戰區各部隊，除韓德勤之第24集團軍撤向蘇北，準備進行游擊作戰外，主力部隊撤至豫東、皖北、皖西的商城、六安，霍山一帶，一面休整，一面準備依託大別山有利地形，阻擊可能西犯的日軍，楊森之第26集團軍則撤至安慶附近，準備固守安慶、無為、廬江地區，並協同江南第三戰區的部隊，阻擊沿江西進之日軍。同時成立武漢衛戍總部，以陳誠為總司令，開始進行武漢會戰的各項準備工作。
徐州會戰末期，第五戰區各部隊突圍轉移，日軍跟蹤追擊。
日華北方面軍沿隴海路西進，在豫東擊敗第一戰區的阻擊部隊後，於1938年6月6日佔領開封。當向鄭州前進時，蔣介石下令炸毀花園口黃河河堤，製造水障，日軍暫時被阻於黃泛區以東。日華中派遣軍沿長江和合肥西進，6月12日佔領安慶、舒城等地。日軍企圖進攻武漢的形勢已極明顯。
中國軍委會為適應作戰的需要、增強指揮機構，遂調整了戰鬥序列，除江防部隊指揮系統（江防總司令劉興、江防要塞守備司令謝剛哲）不變外，將武漢衛戌總部改編為第九戰區，以原衛戌總司令陳誠任戰區司令長官，轄第1、第2兵團，負責長江南岸的作戰。江北為第五戰區（司令長官李宗仁）。兩戰區協同作戰，共同保衛武漢。中國軍委會的作戰指尋是重點立於外線，以保證機動的自由。採取逐次抵抗、消耗日軍，以空間換取時間的方針，主要防禦方向置於長江以南。以南昌、九江、黃梅、大別山東麓向北延伸之線為第一防禦地帶，在此以東為游擊區，由此地開始實行逐次抗擊；萍鄉、銅鼓、瑞昌、廣濟、羅田、麻城至武勝關一線為第二防禦地帶，亦即決戰地帶。
其具體作戰計畫，第九戰區：令第1兵團薛岳所部防守南潯線，井沿鄱陽湖沿岸配置兵力，以南昌為基地，防止日軍進攻南昌及迂迴長沙；令第2兵團張發奎所部確保九江及田家鎮，並沿江構成陣地帶，必要時逐次抵抗，消耗敵人，防止日軍由瑞昌西進，直趨岳陽、蒲圻、咸寧；另以有力兵團，分別控制於各重要據點之間及武漢、長沙地區，以便隨時策應爾後之作戰；司令長官部設於武昌，第五戰區：以第4兵團李品仙所部為右翼兵團，利用長江北岸大別山南麓丘陵湖沼的有利地形，以一部佔領廣濟東西亘浠水一線的縱深陣地，阻擊敵人；以第21集團軍廖磊所部為中央兵團，位於太湖、潛山西北山地，相機南下側擊西進日軍；以第3兵團孫連仲所部為左翼兵團，位於大別山北麓與淮河之間，利用地障，阻擊該方面日軍；以第24集團軍韓德勤所部任敵後游擊；以第29集團軍王纘緒所部為第二線兵團，隨時準備策應第一線的作戰。
武漢會戰開始時，中國軍隊參戰兵力4個兵團，轄5個集團軍（第20、第9、第3、第31、第32集團軍），共30個師、1個旅、2個團及3個野戰炮兵團、2個要塞炮兵團。會戰中不斷增兵，至後期，總兵力約達124個步兵師、2個騎兵旅、7個野戰炮兵團、3個要塞炮兵團。其中110個師是參加此前各會戰的部隊，傷亡、損失甚重，雖曾進行過整補，但缺員仍在半數左右，平均每師約5500人。後增加的14個師，多為滿員，每師約1.1萬人。武漢會戰，中國軍隊的總兵力約75萬人。其中有不少是沒有受過訓練的新兵。
第九戰區和第五戰區的戰鬥序列為：
第九戰區：司令長官陳誠。所屬部隊有：第1兵團（薛岳），轄第9集團軍（吳奇偉，第4，第8、第66軍，第29、第37軍團），第20集團軍（商震，第32、第18軍）及第74、第29軍，第167師及鄱陽湖警備隊等；第2兵團（張發奎），轄第3集團軍（孫桐萱，第12軍），第30集團軍（王陵基，第72、第73軍），第31集團軍（湯恩伯，第13、第98軍），第32軍團（關麟征，第52、第92軍），第11軍團（李延年，第2軍）及第75、第94、第37、第6、第16軍。戰區直轄第30軍團（盧漢，第60軍），第26軍團（萬福麟，第53軍）等，共約61個師。
第五戰區：司令長官李宗仁。所屬部隊有：第3兵團（孫連仲），轄第2集團軍（孫連仲兼，第30、第42軍），第26、第55、第87軍；第4兵團（李品仙），轄第29集團軍（王纘緒，第44、第67軍），第11集團軍（李品仙兼，第84、第48軍），第28、第86軍等，戰區直轄第26集團軍（徐源泉，第10軍，第199師），第21集團軍（廖磊，第31、第7軍），第5集團軍（于學忠，第51軍），第33集團軍（張自忠，第59軍），第24集團軍（韓德勤，第57、第89軍），第27集團軍（楊森，第20軍），第17軍團（胡宗南，第1軍）等，共約51個師。
此外，尚有江防總司令劉興指揮的第16、第43、第73軍及馬當、湖口、九江、田家鎮籌各守備區和江防要塞部隊等，共約12個師。海軍艦艇有「永績」、「中山」等8艦，「寧字」、「勝字」炮艇10艘，「史可法」、「岳飛」等號快艇10餘艘，參加會戰的空軍，有轟炸機2個大隊、驅逐機3個大隊、偵察機1個中隊，作戰飛機126架。另有蘇聯志願航空隊3個大隊，飛機120架。
日本在佔領南京後，中國軍隊主力並未被其殲滅，而國民政府正以武漢為中心，繼續組織抗戰。日本大本營繼續尋找中國軍隊的主力進行決戰。為控制中原地區，切斷中國的戰略通道，以迫使國民政府屈服，曾提出在1939年下半年攻略武漢的建議。並擬出沿平漢路南下或沿長江西進的兩個作戰人案。但由於日本政府及軍方內部看法不一，1938年2月16日的御前會議決定「暫不擴大」戰局，日本軍事當局則始終未放棄攻略武漢的企圖。徐州會戰期間，日本已深感侵華軍隊的兵力不足。繼1937年9、10月新組建7個師團之後，於1938年4月間再次組建第15、第17、第21、第22、第23、第27、第104、第106、第110、第116等10個師團。（日本原有常備軍17個師團，七七事變後新組建的7個師團，2個調至華北戰場，4個調至淞滬戰場，1個在內蒙）。徐州會戰術期，日本大本營特別是侵日軍事當局，決定利用徐州會戰的有利形勢，逐次調整部署，進行攻略武漢的準備。
6月初，日本負責研究和制定國策的昭和研究會，也向近衛內閣提出了《關於處理中國事變的根本辦法》，建議「為了徹底打擊國民政府……必須攻下漢口、廣州」，認為「只要國民政府還佔據在漢口，漢口就是主要以西北各省為其勢力範圍的共產軍和主要控制著西南各省的國民黨軍之間的接合點，和兩黨合作的楔子……所以，首先為了摧毀抗日戰爭的最大因素——國共合作勢力，攻下漢口是絕對必要的。因為佔領了漢口，才能切斷國、共統治區的聯繫，並可能產生兩黨分裂」。此時，新組建的10個師團已基本組建完，6月15日的御前會議，遂決定進攻武漢。
6月18日，日本大本營正式下達第119號作戰命令和參謀總長第161號作戰指示。主要內容是：預定秋初攻佔漢口，令華中派遣軍首先攻佔淮河以南和長江沿岸至九江地區，以作為進攻武漢的前進基地，令華北方面軍準備以一部兵力向鄭州方向前進，以牽制北方的中國軍隊。
日華中派遣軍接到命令和指示後，積極進行進攻武漢的準備：一面調整部署，整補軍隊；一面令已佔領安慶之波田支隊（波田重—少將的台灣旅團，轄步兵2個聯隊、山炮兵1個聯隊）及海軍第11戰隊，吳港第4、第5特別陸戰隊等繼續沿江向馬當、湖口、九江進攻。本來準備令己佔領桐城、舒城地區之第6師團繼續向大湖、黃梅進攻，以配合彼田支隊及海軍第11戰隊的作戰。但由於從合肥西進過程中大批人員染患瘧疾，減員2000餘人，其先遣第11旅團又不斷遭到中國軍隊第21集團軍第31軍第135師的反擊，傷亡極大，已無力繼續進攻。因而被迫停止在潛山地區休整，直至7月下旬方