為適應侵略戰爭的需要，沙俄在搶修中東鐵路的同時，又采取各種手段，控製東北地區的內河航運、公路交通以及外海通路。
當時，東北三省的額爾古納河、黑龍江、烏蘇裏江、鬆花江等主要河流及其支流的航運，幾乎均被沙俄所壟斷。沙俄“阿穆爾汽船公司”擁有各種運輸船三百餘艘。其中有專為適合鬆花江航行而建造的汽船；有由十三艘大型汽船組成的運載量達一萬五千餘噸的海上運輸隊。
在1900年4月，中東鐵路千餘公裏的路基和大部分鋪軌工程已經完工，中東鐵路支線除中段二百餘公裏外，也已竣工。至此，沙俄幾乎完全控製了我國東北地區的交通命脈，為戰時運送兵員和軍需物資創造了條件。
為了實現鯨吞我國東北三省的野心，沙俄還加緊進行大規模入侵的軍事準備。自中日甲午戰爭以後，沙俄在我國東北邊境地區的兵力日益增加，到1900年6月初，統轄黑龍江以北、烏蘇裏江以東大片地區的沙俄阿穆爾軍管區，已有兵員九萬八千餘人，馬一萬五千餘匹。
除要塞及留守部隊外，這些部隊大部駐紮於我國東北三省當麵的俄國各邊境城鎮，如海參崴、雙城子（今烏蘇裏斯克）、伯力（今哈巴羅夫斯克）、海蘭泡（今布拉戈維申斯克）、赤塔等地，直接窺視和威脅清軍行動。
與此同時，沙俄還加強了旅順軍港的建設，使其成為具有一定獨立作戰能力的軍事基地。至1900年7月初，沙俄駐旅大兵力達兩萬三千三百餘人，遊弋於黃海、渤海的各種鋼鐵軍艦達四十一艘，水雷艇三十艘，控製了從黃海經朝鮮海峽及日本海抵海參崴的通路，溝通了南北各據點間的聯係。
從1900年6月初開始，沙俄最高當局即密切注視著我國直隸地區義和團運動發展的趨勢，尋找進攻我東北三省的時機和借口，同時加緊進行戰爭準備。
6月8日，沙俄政府宣布關東一帶進入戰爭狀態，命令軍隊作好臨戰準備。
6月15日，陸軍大臣庫羅巴特金命令駐伯力的阿穆爾軍事總督格羅傑科夫中將，製訂進攻東北義和團及清軍的作戰計劃。
6月17日，八國聯軍侵占大沽，沙皇尼古拉二世便於6月23日宣布，首先在阿穆爾軍管區進行戰爭動員，全區進入戰爭狀態，並立即編組先遣軍。接著，在沙俄亞洲部分的西伯利亞、土耳克斯坦軍管區以及歐洲部分的某些地區進行戰爭動員。
7月6日，尼古拉二世宣布自任俄軍總司令，陸軍大臣庫羅巴特金任總參謀長。不久，沙俄陸軍部下令將原駐阿穆爾地區的西伯利亞軍改編為西伯利亞第一軍，並將新征調的部隊進行統一編組和部署：西伯利亞第一軍：集結於旅大、海參崴。作戰部隊約三萬四千三百餘人，計有步兵四個旅（共三十二個營）、騎兵十四個連、工兵一個營又一個連、炮兵兩個營又六個連（裝備各種火炮九十六門）。
西伯利亞第二軍：集結於伯力。作戰部隊約三萬六千二百餘人，計有步兵四個旅（共三十二個營）、騎兵一個混成師（共二十七個連）、工兵一個營（一說一個營又兩個連）、炮兵兩個營又七個連（裝備各種火炮九十門）。
西伯利亞第三軍：集結於赤塔、涅爾琴斯克（原尼布楚）等地。作戰部隊約三萬一千三百餘人，計有步兵四個旅（共二十八個營）、騎兵一個師（共二十五個連，其中有一個裝備六門炮的騎炮連）、工兵四分之三個營、炮兵九個連（裝備各種火炮七十門）。
登陸軍：集結於海參崴、雙城子。作戰部隊約三萬三千七百餘人，計有步兵四個旅（共三十二個營）、騎兵十三個連（一說十一個連）、工兵一個營又一個連、炮兵三個營又一個連（裝備各種火炮七十八門）。
以上共有作戰部隊約十三萬五千餘人，火炮三百二十八門。此外，各要塞和軍區尚有留守部隊四萬餘人。
7月14日，八國聯軍攻占天津之後。清廷因京城危急，已無力顧及東北三省的危局。沙俄陸軍部抓緊這一時機，分別於7月18日和22日（俄曆7月5日和9日）致電在伯力的格羅傑科夫和在旅順的阿列克謝也夫，指示俄軍三路從北部（鐵嶺以北，含吉林、黑龍江省）、一路從南部（盛京省）進攻中國東北地區：北部由西伯利亞第二軍、第三軍及登陸軍一部擔任主攻，司令部設於伯力，阿穆爾軍事總督格羅傑科夫中將任總指揮；南部由西伯利亞第一軍及登陸軍一部擔任主攻，司令部設於旅順，關東省（沙俄擅自設立）總督阿列克謝也夫海軍中將任總指揮。沙俄陸軍部作戰指示的要點是，多路出兵，攻取齊齊哈爾、哈爾濱、吉林、長春、奉天等重要城市，以實現分進合擊、速戰速決，迅速奪取東北三省的戰略目的。經格羅傑科夫和阿列克謝也夫建議對上述方案作某些調整，沙俄陸軍部最後決定按下述五路部署進攻：西北路：以集結於赤塔、涅爾琴斯克的西伯利亞第三軍一部為主力，越過阿巴該圖，向東南進攻呼倫貝爾（今海拉爾市）、齊齊哈爾，爾後會同北路俄軍及東北路俄軍一部，向吉林、奉天推進。