8月24日，胡宗南到大荔第5兵團部主持召開「馮原作戰檢討會議」，宣布將整編第36師師長鍾松免職，將第28旅旅長李規、第82團團長董文軒撤職查辦，並重新調整了兵力部署。組成以蒲城、大荔為中心的防禦體系，集中機動兵力於交通線上，以防止西北野戰軍南下或西進。
具體部署是：整編第1師守備富平、耀縣；從洛南和河南盧氏調來的整編第65師守備咸陽、興平；整編第90（欠53旅）、第76師（欠24旅）守備蒲城；暫編第2旅守備銅川，新編第9旅守備三原、淳化，騎兵第3旅主力守備涇陽，第203師守備縣、醴泉，整編第13師駐守潼關、靈寶，整編第27師仍分散守備商縣、洛南。裴昌會第5兵團司令部附整編第36師殘部駐大荔城內，整編第17、第38師駐大荔以北。
此時，胡宗南集團部署在洛河以東、渭河以北地區的兵力雖有11個整編師，但多系被西北野戰軍殲滅後重新編成或受重創的部隊。胡宗南為阻止西北野戰軍南下潼關或再出西府，在洛河以東、大荔以北、大峪河以南地區，以整編第17、第38師及第36師殘部，分散守備在蒲城、澄城、大荔間正面東西寬20公里，縱深南北長30公里的防禦地帶。在這一防禦地帶內，敵利用大荔以北到永豐鎮一帶磚石結構的村落和土圍子，構築了許多工事，幾乎把每個村莊和每一房舍，都變成了他們防禦的支撐點，形成縱深配備，但各據點之間間隙很大，有可以突破、割裂之處。
根據對敵情的分析，彭德懷判斷，西北野戰軍攻擊大荔及其以北地區的敵人時，胡宗南派遣兵力增援，極有可能調動駐在蒲城的整編第90、第76師主力，因為這兩個師駐地距離較近，但整編第76師已被西北野戰軍殲滅過兩次，整編第90師也被殲滅過一次，他們的戰鬥力不強；整編第1師、整編第65師雖是胡宗南的主力，但卻遠在耀縣、興平地區，須三日行程才能趕到。因此，經過反覆醞釀研究，彭德懷決定集中西北野戰軍主力，以突然動作，穿插迂迴，割裂包圍，各個殲敵的方法，把敵整編第17、第38師殲滅在大荔以北地區，配合中原及晉中作戰。
其作戰部署如下：
以第4縱隊（欠騎兵第6師）沿澄城、大荔公路至洛河間，由北向南實施正面攻擊。
以第1、第2、第3、第6縱隊分別由合陽、澄城以南的交道鎮、廟凹、岱堡、黑池鎮等地，向敵右側背包圍攻擊，首先割裂其防禦體系，然後各個殲擊。其中，以第6縱隊首先包圍殲滅醍醐鎮之整編第17師第48旅第143團，然後集結於醍醐鎮附近相機使用；以第1縱隊經寺前鎮與醍醐鎮之間迂迴敵後，首先攻擊南北酥酪、張家城地區之第48旅旅部及第142團、澄縣保安團等部，然後圍攻韋莊鎮之整編第17師師部及第12旅；以第3縱隊首先圍攻寺前鎮之第48旅第144團，然後準備配合第2縱隊阻擊、殲滅整編第38師的可能增援；以第2縱隊一部殲滅兩宜鎮、雙泉鎮之騎兵第4團及保警隊並佔領雙泉鎮，主力進至業善鎮及其附近地區集結，切斷酥酪、醍醐鎮、寺前鎮各點守軍退路，確保第1縱隊側背安全，並向整編第38師進行武力偵察，向大荔之整編第36師進行游擊偵察，隨時準備殲滅由南向北增援之國民黨軍。
以第3縱隊獨立第5旅1個營配合黃龍分區及韓城、合陽地方武裝，組織南進支隊，由中共東府工作委員會指揮，出朝邑、平民，策應該地國民黨保警隊起義。
以第4縱隊騎兵第6師、黃龍分區警備第4旅、關中分區第21團，渭北總隊等部，分別向咸（陽）、銅（川）鐵路支線兩側及蒲城、白水等地進行游擊活動，掃除薄弱據點，牽制、分散和迷惑國民黨軍。
10月5日，陝甘寧晉綏聯防軍區司令員賀龍、政治委員習仲勛，向所屬各軍分區、各旅發出《對各地秋季作戰指示》，要求所屬各部隊在10月至11月間配合西北野戰軍秋季攻勢，積極消滅當面國民黨軍。其中警備第4旅及黃龍、關中、西府軍分區部隊直接受野戰軍指揮，配合作戰。