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當時，粟裕對這一作戰腹案，既末上報，也未下達，但在作戰部署上卻力求能適應打整五軍和打開封兩個作戰方案，並側重於後者。首先，以尋殲整五軍來動員部隊，一旦尋殲整五軍不成，就以打整五軍的精祌和物資準備，去打比整五軍弱的蔣軍。其二，以在魯西南與敵決戰的架勢給敵人以錯覺，把蔣軍的注意力吸引到魯西南，這樣就給開封的蔣軍出其不意的攻擊。這個部署可謂是“雙管齊下”，打整五軍的條件成熟了，也不會失去戰機。5月23日，陳粟給陳唐兵團發電：野指準備於29日前，第一、四、六、特種、兩廣縱隊南渡黃河；陳唐兵團設法吸引敵五軍向淮陽前進，等該敵到達淮陽地區後，即北轉並指揮八縱和十一縱及豫皖蘇地方武裝，適時破壞徐鄭段和徐蚌段鐵路，使敵在20天內難以修複。假如五軍北上，那就沿途阻擊，以增敵疲勞。24日，正當陳唐按陳粟指示下達命令向東北方向挺進的途中，接劉鄧來電：中野已在宛西賒縣以南地區抓住蔣軍張軫兵團。要陳唐主力連夜進至平漢線，堅決阻擊蔣軍十八軍的十一師向南馳援。於是陳唐以第十縱隊在伏牛山地區，配合中野的二縱進行馬劉營戰鬥，三、八縱隊由周口、商水地區，經黃泛區渡過漯河，在郾城以南節節抗擊，連續運動防禦至6月3日，勝利完成阻擊蔣軍十一師的任務，配合了劉鄧主力在宛東作戰，使蔣軍十八軍不能東援，又保障了華野主力南渡黃河的行動。6月4日，陳唐兵團揮師北上，進至通許、睢縣、杞縣地區待命。
5月30與31日，黃河以北的華野各縱隊南渡，這一突然行動使蔣介石大為震驚，急令邱清泉主力和整七十五師北返，迎擊華野渡河部隊；同時又向魯西南增調整八十三、二十五、七十二師和六十二師一個旅，企圖與華野渡河部隊決戰。這樣一來，蔣軍在魯西南戰場集中的兵力達到9至11個整編師，且隊形密集，不易分割，難以達到各個殲滅的目的。此時，華野的三、八縱在睢、杞之間，距開封隻有一日行程，就勢轉用於突然攻取開封，必然使敵措手不及。戰場變化了的情況，表明粟裕原來設想的腹案正確，打五軍的條件尚未具備，而先打開封，後殲援軍的條件卻已成熟。於是華野當機立斷，改變在魯西南作戰的計劃，並於6月15日下了轉向豫東作戰的決心。由於粟裕事先已有腹案並有部署上的準備，所以在下決心的當天，就能上報中共中央軍委並報中原軍區和中原野戰軍；同時給各縱隊下達了作戰命令，區分了戰役第一階段各部隊的任務。以三、八縱隊組成攻城集團，由陳士榘、唐亮指揮，先采取奔襲手段奪占城關，爾後依托城關迅速攻城。為確保攻城作戰的勝利，另用近三倍於攻城部隊的兵力，由野司直接指揮，擔任阻援和牽製蔣軍的任務。其中以中野九縱插入鄭州、開封之間，阻擊鄭州可能來援之敵，中野十一縱並指揮冀魯豫軍區獨立第一旅位於巨野地區，由北向南從側後牽製邱兵團；以第一、四、六縱隊迅速楔入定陶、曹縣、民權、考城（今堌陽）地區運動防禦，堅決阻擊邱兵團西援開封；以冀魯豫軍區和豫蘇皖軍區一部兵力相機攻占東明、蘭封（今蘭考），並破襲隴海路蘭封至野雞崗段鐵路。6月17日晨，中央軍委複電完全同意這一部署，並指出：“這是目前情況下的正確方針……情況緊張時獨立處置，不必請示。”同日，劉鄧、陳毅也給粟裕來電指出：豫東戰役第一步應明確以攻開封為主，第二步打誰視情而定，決定以仍歸中野指揮的華野十縱自舞陽進至上蔡地區，協同中野一部阻擊胡璉兵團北援，囑圍攻開封之部隊對南麵敵人可勿顧慮。為從戰略上配合，粟裕令華野第二兵團繼續在津埔路徐濟段擴張攻勢，包圍兗州，調動蔣軍整二十五師或整八十三師北援；令華野第四兵團在隴海路新安鎮（今新沂縣）至海州段發動攻勢，以牽製蔣軍。當華野的兵力部署已經就緒，即將發動攻擊時，開封守城蔣軍還認為是吸引“國軍”主力至魯西南決戰，“在開封無真正戰鬥。”蔣介石的國防部和徐州剿總，雖曾覺察到華野三、八縱隊有圍攻開封的征候，但見華野兩大集團南北對進，即認定企圖夾擊邱兵團，而以十萬火急的速度向魯西南調集兵力，與華野進行決戰。尤其可笑的是蔣軍華中剿總，還堅持說華野三、八兩縱隊尚在方城以東地區。正是在蔣軍重兵集團緊緊跟蹤和嚴密監視的情況下，華野創造了殲敵條件，捕捉到有利的戰機，乘蔣軍當局把注意力集中在魯西南之際，以迅雷不及掩耳之勢，突然對開封守敵發起了攻擊。
開封位於鄭州以東隴海線上，是一座曆史名城，古稱汴梁，為我國著名古都之一，也是中原政治、軍事、文化重鎮和反動統治的中心之一，北頻黃河，南依隴海路，城牆周長20餘公裏，共有六門四關，即大南門、新南門、宋門、曹門、西門、北門和南關、宋關、曹關、西關。經過日偽到蔣介石，該城防禦工事已形成半永久性防禦體係。以城關為外圍支撐點，以城垣為主陣地，以龍亭、運動場、省政府為核心陣地。各陣地構築有大量火力點、塹壕和交通溝，設有鐵絲網。南關、宋關和曹關均挖有外壕、深寬各丈餘。蔣介石在行憲國大會議上，親自向河南的國大代表拍胸保證：開封決不能丟失。因此，開封守備力量比較強，蔣軍整六十六師師部率第十三旅擔任城區及曹關、西關的防禦，師部設在製高點龍亭之上。新調到開封的蔣軍六十八師第一一九旅一個團，位於南區為預備隊。河南省保安第一旅、第二旅及另外3個保安團，共7個團，除以一個團守衛省政府外，其餘擔任南關和宋關的防禦，其總兵力30000餘人。擔任城防主力的六十六師，裝備精良，擅長防守和衝擊。總指揮為省主席劉茂恩，但地方長官指揮不動正規軍，實際上由整六十六師師長李仲辛指揮，但李亦同樣指揮保安部隊困難很大，凡事仍須劉茂恩決斷；因此，敵人內部矛盾重重，指揮混亂。根據開封地形和蔣軍防禦情況，華野攻城部隊的具體部署是：以三縱首先肅清南關東部及城東宋關、曹關守敵，然後依托宋關、曹關攻城，並以部分兵力在北門佯攻，伺機由北門攻城。以第八縱隊首先肅清南關西部及西關守敵，然後依托南關、西關攻城。