參加這次“討伐”的日偽軍警計有6萬餘人，其中日軍有關東軍獨立守備隊第5、9、21、7、8、4等6個大隊，後又增加19、20兩個大隊，另有20個無線電分隊。各大隊還分別有由憲兵部配備的日本憲兵多名。總計日軍兵力為6400餘人。
參加“討伐”的偽軍有：第2軍管區的步兵第2旅、騎兵第2旅、第2教導隊，第8軍管區的第1、第2、第3混成旅、第8教導隊，第6軍管區的1個旅，第7軍管區的1個旅，第1軍管區的步兵第5團，以及通信部隊與汽車隊等，總計有兵力2.5萬餘人。
參加“討伐”的偽警察隊有：通化省警察隊（分10個“討伐”隊）、間島省警察隊（分5個討伐隊）、吉林省警察隊（分14個討伐隊）、牡丹江省警察隊、間島特設隊以及偽通化省全部9縣、偽間島省全部5縣，偽吉林省的磐石、樺甸、敦化、蛟河、舒蘭等縣和偽牡丹江省寧安縣的警察隊。還有偽通化、間島、吉林三省及下屬各縣由警察組織的特別搜查隊。此外，還有東南部地區的各偽森林警察隊、偽新京警察學校的學兵隊、偽營口海上警察隊的兩架飛機，以及偽錦州、奉天、濱江等省的警察增援隊，共計有警察隊約3萬餘人。
這次“三省聯合大討伐”，日偽仍然采取“治標”與“治本”和“思想工作”相結合的辦法進行。在“治標”方麵，以日軍為主，偽軍則受日軍部隊長直接指揮，同時又利用各省的大批偽警察隊參加軍事“討伐”。
在“討伐”中，將被“討伐”的區劃分為東、南、西、北、東北5個地區。其中“南地區”包括偽通化省全部，“西地區”包括偽吉林省東部（即吉林地區），都是抗聯第1軍活動的區域。各“討伐”區都以日本獨立守備隊某大隊為首，指揮偽軍、偽警察隊等兵力，分別以東北抗聯第1路軍在該地區活動的部隊為主要目標進行瘋狂“討伐”。在“討伐”中采取分兵包圍、輪番掃蕩、來回拉網、尾追到底的戰術，逼迫抗日武裝與之頻繁交戰，不得休整，妄圖把抗聯第1路軍等各部隊分割吃掉。
這次“三省聯合大討伐”原來計劃分為3個階段。1939年10月至1940年4月為第一階段，“討伐”的重點為偽通化省各縣和偽吉林省的樺甸縣。主要目標是東北抗聯第1路軍司令部、警衛旅及第1方麵軍。1940年4月至9月為第二階段，日偽軍進行了“春夏季討伐”，“討伐”的重點分別為偽間島省的安圖、和龍、汪清，偽牡丹江省的寧安、東寧，偽吉林省的舒蘭、偽濱江省的五常等地，主要目標分別為東北抗聯第1路軍第2方麵軍、總司令部、警衛旅和第3方麵軍。1940年9月至1941年3月為第三階段，在第一、二階段“討伐”的基礎上，積極追擊抗聯1路軍3個方麵軍剩餘部隊，破壞其越冬準備工作，以分區“討伐”消滅抗日部隊，鞏固地區治安。
除了瘋狂的軍事“討伐”之外，日偽還在這次“三省聯合大討伐”期間，在“討伐”地區加緊進行一係列所謂“治本”和“思想工作”，實施一係列反動政策和措施。主要內容有以下幾個方麵：
第一，加緊推行所謂“匪民分離”政策。一是進一步強化保甲連坐製度，如發現一人“通匪”，則全家斬首，鄰裏之人也均要被處以罰金。為了鼓勵鄰裏之間互相監視，又規定如果事先告發與抗日聯軍有聯係的人，則可以減免罰金。二是進一步強化“集團部落”政策，繼續在偽通化、吉林、間島等省增建“集團部落”，加強其防衛設施。此外，日偽還於1939年6月，由偽治安部派出50餘名指紋管理技術人員到“討伐”地區，協助辦理發放按有指紋的居民證，以便在“討伐”中隨時檢查民眾，防止抗日武裝人員藏匿在民眾之中。
第二，對抗日聯軍加緊經濟封鎖，斷絕糧道。日偽除在全偽滿對糧食供應實行統製，不準交易外，在“討伐”區內，還對糧食與生活必需品實行專賣配給製，每次配給居民的糧食等物，僅夠居民用兩三天的，以此來防止抗聯人員從民眾中得到糧食和生活用品。1939年和1940年兩年間，每年從8月中旬至10月初，都強迫“討伐”區的農民不等莊稼成熟就提前收割，然後把收割完的莊稼，集中運到指定地點由軍警看守，以防止糧食流入到抗聯人員手中。
第三，加緊整修警備道路、警備通信設施。在一年半大“討伐”期間，日偽當局在偽通化、吉林、間島三省新增修警備道路20餘條，其中偽吉林省修築了十餘條，新修警備道路70公裏，補修警備道路260公裏，新架警備電話線100公裏，修理電線500公裏。偽通化省延長警備道路312公裏。
第四，不準民眾在鐵路、公路兩旁種植高粱等作物，不準農民在山坡穀地開荒種地。還砍伐掉鐵路、公路兩側50米以內的樹木。如在偽吉林省，砍伐道路兩側50米以內的樹木即達200公裏。同時鐵路警護隊加緊在鐵路沿線和火車上對旅客及行人進行盤查。