當時保衛武漢的軍事部署是這樣的：

第一部分是守黃河的，第一戰區用一部分兵力防守黃河及在豫東、魯西和豫北游擊，把主力用在確山、汜水之線，置重點于禹縣附近，相機轉移攻勢，并用一部分兵力在前方諸要點遲滯敵人；但須另有一部分兵力集結在泌陽附近，作為戰區預備隊。

第二部分是阻敵西進的，第五戰區在逐次抵抗后，淮北兵團集結在商城附近，準備側擊向西南突進的敵人；淮南兵團派一部分兵力集結在舒城、桐城、霍山、六安等地，阻止向西進入的敵人；另派一部分兵力固守安慶、無為、廬江等地，準備側擊沿長江西進的敵人。無論情況如何變化，均須確保大別山根據地和蘇北，并向津浦路南段游擊。

第三部分是江防的，第三戰區應速整備江防。尤其在東流和馬當間備戰，阻止敵人登陸，或援助安慶方面的戰事。派地方團隊及民夫在杭甬與浙贛兩鐵路、杭徽及京贛各公路附近構筑工事，同時在上述各交通線上集結適當兵力，隨機攻擊敵人。

第四部分是城防的，武漢衛戍總司令部把主力放在廣濟、平靖關之線的主陣地上，置重點于武勝關、麻城和廣濟各公路附近，相機轉移攻勢；并派一部分兵力在信陽、羅山、宿松各要點與第五戰區協力消耗敵人。第一兵團總司令薛岳部的六個師擔任江防，置重兵于馬當，逼迫敵人的主力在鄱陽湖以東作戰。武漢城防用八個師。

第五部分是守平漢路的，豫鄂邊區總司令湯恩伯部在隨縣、襄樊、南陽間地區集結，準備側擊由平漢路南下的敵人，幫助武漢衛戍總司令部作戰。敵人如由隴海路南向西或向西南突進時，則派有力的部隊協助第一戰區作戰。

此外，空軍集中在漢口及南昌機場，晝夜轟炸長江中的敵艦，并襲南京、蕪湖、安慶一帶沿江的日軍飛機場。海軍防守馬當、湖口、田家鎮、葛店等沿江要塞，適時布放機雷與漂雷，防止敵艦西進。當時，中國從海外買到飛機100余架，炮（輕榴彈炮、野炮、高射炮、戰車防御炮）100余門，正在廬山、幕阜山、大別山各要隘及武漢附近構筑縱深工事。

當時，日軍糾集12個師團，配合海軍陸戰隊及飛機500余架，分四路進犯武漢。其在江南者，一路沿南潯路南進，一路沿瑞武路西進；其在江北者，一路沿長江北岸逕撲漢口，一路沿大別山北麓，進犯信陽，另以艦隊溯江而上，到處登陸。冀以外線作戰態勢，實行包圍殲滅中國軍隊。

自6月12日日軍攻陷安慶至10月25日武漢失守，蔣介石一直駐守武漢，親自指揮。其間，前線將領隨時向蔣介石電告戰況，蔣介石則常常親自電令部署戰斗。開戰后不久，蔣介石先將作戰地區作了重新調整。7月13日他下令將長江北岸改屬第五戰區，武漢及長江以南屬第九戰區。會戰期間，蔣介石還不時召集高級將領，發表談話，強調武漢保衛戰的重要意義，鼓勵將士們奮勇抗戰。

7月31日，蔣介石召開保衛武漢的各部隊官長會議，在會上作了長篇訓話。一開張，他就說：“此次保衛武漢的戰役，乃是我們國家前途和整個抗戰局勢最重要最緊急的關頭，其成敗得失，內則關系我抗戰前途和國家民族的安危，外則足以影響國際的局勢，實在是關系重大的一件大事。”

蔣介石認為所以要保衛武漢，第一，“武漢居長江上游，為天下之中，無論我們要控制東南和華北敵人，規復已失的領土，或保持內部與西北的聯絡，鞏固后方的安全，我們都必須保衛武漢，固守武漢”。第二，武漢為“全國交通的總樞”，為確保南北兩戰場的聯系，便于兵員、彈械、糧秣的接應和兵力指揮運用靈活起見，必須保衛武漢，固守武漢。第三，武漢為“全國軍事政治經濟文化的中心”，亦為事實上的首都，必須盡力保衛，抵死固守。第四，辛亥以來，武漢是革命的中心重鎮，為中華民國的誕生地，為確保歷史的光榮，必須效法當年革命先烈光復武漢的革命精神，確保武漢的安全。

接著，蔣介石分析了日本的國際危機和日軍進犯武漢的弱點，對與會的各部隊長官提出了保衛武漢與爭取最后勝利應有的決心和精神：第一，高級將領應抱定必死的決心，誓與武漢共存亡；第二，高級長官應始終不離部隊，誓與士兵共患難同生死；第三，高級將領應有堅決的企圖心，雖天崩地裂，此志不移，誓死求其貫徹。

最后，蔣介石對與會的將領說：“現在全國乃至全世界的視線，都集中在武漢，大家都密切注視保衛武漢戰爭的開展，各位此次奉令率部守衛武漢，職責異常艱巨，使命格外重大，今后武漢的存亡，整個抗戰的勝敗，要由你們負起全責。”“我們一定要藉此一戰，將寇軍主力殲滅于我陣地之前，這樣，才算達成我們的任務，才對得起總理和一般革命先烈在天之靈。”

8月27日，蔣介石再次召開部隊將領會議，先聽取了幾位師長的報告，然后發表了《保衛武漢的責任和要務》的長篇演說。在演說中他列了7件事，一是關于兵力配備和工事改良，應按照此次總檢閱報告重新部署，切實改行；二是各高級軍事機關應指導并協同武漢衛戍司令部負責辦理保衛武漢一切準備事宜；三是陣地工事應切實改進，逐日加強，尤應多筑偽裝及掩蔽部；四是軍政部應于兩周以內將保衛武漢各部隊所缺人員與器材等補充完竣；五是各防區部隊應切實組織民眾訓練民眾，對于一切物材并應調查統計，充分利用；六是戰時的聯絡和一切輔助通訊方法，應切實研究熟練，及早充分準備；七是各種報告務求數字精確實在，戒除含糊籠統的惡習。

最后，蔣介石又說：“最重要的一點就是武漢現在已成了我們抗戰革命最重要的根據地，也是全世界視聽所集中之點；武漢如能固守，即是我們最后勝利的開始，武漢若有疏失，就要使抗戰前途加重不知多少倍的困難。武漢的得失直接關系于整個抗戰的勝敗和國家民族的生死存亡，因此，我們一定要拼死固守，誓死保衛到底！”

但是，戰局的發展，遠非蔣介石所愿，雖然節節抵抗，卻節節敗退。