驻守京山主力的日军部队是第39师团231联队，联队长：小野正雄大佐，41岁，老牌侵华军官，参与过淞沪会战、武汉会战，作战凶狠狡诈，擅长依托城防工事固守，惯用毒气手雷反击步兵冲锋。
联队参谋长：松本健一中佐
副官：渡边小次郎少尉
联队战前满编兵力3176人，经过豫湘桂会战连续血战，一线战斗兵员缺员32%，实际具备作战能力日军兵力仅2160人；城内协防伪军：湖北警备第3整编师，总兵力5400人，伪军师长为张怀安，无自主指挥权，全程受日军宪兵小队监视。
城内分区驻防详情：
城西主城墙防御区：日军第1步兵中队，兵力426人，中队长铃木健太中尉，配置4挺九二式重机枪、12门八九式掷弹筒，构建正面密集火力网，为全城核心防御支点；
城南护城河沿岸防御区：日军第2步兵中队，兵力418人，中队长高桥野中尉，沿河修建11座连体暗堡，形成无死角交叉火力，彻底封锁河面所有渡河路线；
城东城门主楼防御区：日军第3步兵中队，兵力422人，中队长斋藤广中尉，城门主楼固定部署2门75毫米野战炮，扼守城东唯一进出主干道；
城北外围村镇防御区：全部交由伪军第1团驻守，日军单独派遣一支42人督战小队，小队长黑田一伍长，但凡发现伪军士兵后退、溃逃，无需上报，直接当场开枪射杀；
县城中心县衙地下坑道：日军联队核心指挥部，驻扎第4预备队步兵中队，坑道内部囤积200枚催泪毒气手雷、糜烂性毒气手雷，同时储备足量弹药与粮食，小野正雄打算依托地下坑道死守至少15天，等待外围援兵。
第五十六集团军总司令方绍魁站在巨大军用地图前，指尖一遍遍划过京山四座城门与外围工事，仔细核对完整侦察情报，片刻之后，当场敲定分团攻坚执行表，同时额外标注每一个主力师到步兵团专属伤员临时收容区域，规划3条避开日军火力覆盖的伤员后送安全通道，最大限度降低步兵冲锋阶段的官兵伤亡。
西线第56集团军新编第16军承担首攻京山任务，军长孙明瑾划定攻坚序列，以222师、223师为主攻部队，224师为城外接应预备队，配属集团军直属工兵团、重炮师第2团协同作战。
1月14日凌晨2点，新编16军直属侦察营营长赵刚带4支便衣小队潜伏京山外围36小时，摸清日军第39师团231联队布防。日军联队长小野正雄大佐坐镇县城中心坑道指挥部，麾下4个步兵中队分守四方城墙，伪军5400人布防城郊村镇，坑道内囤积200枚毒气手雷，打算死守待援。情报传回军部，孙明瑾连夜召开营以上作战会议，敲定各级指挥人员与分路进攻方案。
1月15日凌晨5点，天际泛起鱼肚白，总攻倒计时正式开始。
战区直属重炮师提前完成火力诸元最后校准，所有火炮炮口齐齐对准京山城墙明暗碉堡；中美联合航空队战机升空，在云层后方待命；战壕内所有步兵子弹上膛，刺刀安装完毕，全军屏息凝神。
此战，新编第16君担任主攻部队，具体部署如下:
222师，师长于晨光，主攻城西、城南
1. 664团，团长秦宏远
1营营长周保国：下辖1连连长马强、2连连长刘山、3连连长吴贵，主攻城西主城墙铃木健太第1中队阵地；
2营营长陈武：下辖4连、5连、6连，负责压制城南护城河高桥野第2中队暗堡群；
3营为团预备队，营长赵顺。
2. 665团，团长顾海峰
全团沿西南山林迂回，切断城西日军退路，营连长就地构筑阻击阵地。
3. 666团，团长陆涛，师直属机动支援团。
223师，师长王磊，主攻城东、城北
1. 667团，团长林振山
1营营长江涛，下辖1、2、3连强攻东门斋藤广第3中队75毫米固定炮阵地；
2营迂回城北，压制伪军外围村镇，对抗日军黑田一42人督战小队。
2. 668团、669团分置东北两翼，防止日军向外突围。
1月14日全天，前线各连展开高强度备战。
222师664团1连连长马强将全连128人分为3个排，一排排长李柱负责突击登城，二排排长孙旺操作机枪压制城头火力，三排排长周福携带炸药包、爆破筒，配合工兵破除铁丝网与地雷。
战壕内，上等兵王二柱隶属1连一排，蹲在壕沟里打磨刺刀，身旁电台通讯员低声整理密电。
王二柱哈着冻僵的双手：“马连长说了，城西鬼子一个中队守着城墙，四挺九二重机枪架在垛口，咱们冲锋头一波伤亡指定不小。”
通讯员低头调试电台：“重炮营凌晨五点会先轰二十分钟城墙，把鬼子表层工事掀掉，咱们跟着炮火余温冲，能少挨不少子弹。”
同一时间，城南664团2营5连连长黄兵带队勘察护城河地形。河面宽12米，沿河11座日军暗堡互为犄角，高桥野中队的掷弹筒手全部藏在堡内。营长陈武下令，每个步兵排抽调6人组成爆破小组，等炮火结束后涉水靠近暗堡，用塑性炸药封口。
城东667团1营1连连长郑凯盯着远处东门主楼两门75毫米野战炮，对排长交代：“鬼子两门炮能覆盖整条城东大路，咱们不能正面硬冲，等航空队俯冲扫射炮位，二排从侧面土坡绕上去端掉炮兵阵地。”
炮兵阵地内，迫击炮连连长方勇带着全连3门120毫米迫击炮和9门82毫米反复测算诸元，每门火炮分配200发炮弹，炮位上方覆盖原木与厚土防炮层，防止日军反击炮火。