根据中央军委“确立攻占锦、榆、唐三点并全部控制该线的决心”的要求，辽沈战役从9月12日起，第一步，首先在锦州地区和北宁线上同时展开，以奔袭的动作，歼灭北宁路上，除山海关、锦州、锦西以外之各点国民党守军，切断关内外的联系。第二步，集中兵力攻取锦州，阻击增援的国民党军。
国民党军重兵把守北宁线
北宁线是东北与华北之间的交通大动脉，由于辽西走廊的特殊地理环境，使沿线遍布了大小不等的城镇，有些城镇还有历史遗留下来的古城堡等军事设施，可步步为营。辽沈战役开始前，北宁线上锦州至滦县段，一直是国民党重兵把守的地区。1945年11月26日，国民党的十三军、五十二军进占锦州地区，12月22日，蒋介石令东北保安司令长官部的直属部队特务团、通讯营、汽车队等由美舰运到葫芦岛后，进驻锦州。
在绥中、兴城、锦西、义县各地，建立了保安大队，收编了伪满残余及地方武装，以配合国民党正规军的守备，使锦州成了国民党军进入东北后的第一个大本营，进入东北的部队在这里进行调整。23日，五十二军一部继续向沈阳方向发起进攻，27日，十三军及五十二军一九五师向义县、北票、阜新进攻，同时五十二军二十五师向盘山、营口攻击前进。
1946年2月18日，国民党东北保安司令长官杜聿明因患肾结核去北京治病，为不影响东北国民党军的士气，杜聿明秘密住进了北京白塔寺附近的中和医院（今北京人民医院），住院期间，为防止派人去东北接替，杜聿明推荐了郑洞国为副司令长官，并代理长官职务。20日，郑洞国与杜聿明进行了一次长谈后，于3月初到达了锦州，并指挥部队控制北宁铁路沿线的重要城市，准备伺机进占沈阳。3月13日，苏军从沈阳撤军，国民党五十二军正式接收了苏军在沈阳的防务，东北行辕及东北司令保安长官部，于3月18日后，由锦州移防沈阳。
1946年4月，孙渡带第一集团军及六十军、九十三军来到东北，第一集团军总部由上海经海运，移至锦州。六十军先进入东北后，在抚顺、鞍山一带驻防，集团军总部和九十三军在锦州地区驻防，第一集团军指挥十三军、七十一军、九十三军，葫芦岛、秦皇岛两个港口司令部及辽西地区的保安部队、交警部队、骑兵部队等，接替十三军，负责热河东部、辽西一带的防务，锦州成为辽西地区军事中心。1947年3月在四保临江战斗中，国民党调七十一军、驻热河的十三军八十九师参战，结果八十九师被歼，十三军军长石觉非常不满，恳请李宗仁将十三军划归北平行辕指挥，只有九十三军留在了辽西地区。1947年夏季攻势中，四平战事再度紧张，国民党将九十三军暂二十二师调去增援，九十三军部队只好收缩防务，被迫从赤峰、叶柏寿地区向朝阳、义县、阜新地区集中。5月，六十军第一八四师重建后，在梅河口被歼，第二次重建后，调到北镇整训。
1947年7月，陈诚到东北后，整编部队，将一部地方团队改编为正规部队。绥中的保安部队扩为暂编第五十师，热河保安四支队及锦州守备铁路的警察部队扩编为暂五十五师，由交警第一总队朱茂榛部改编为暂五十七师。此时，九十三军军部在义县，暂十八师、暂二十师在朝阳、北票、义县、阜新一带，暂二十二师北上后未参战，又回到锦州地区。9月，刚调到东北的四十九军及九十三军暂二十二师、暂五十师在锦西杨杖子地区被歼一部，为加强北宁线的守护与辽西地区的防务，10月，国民党军又将新六军第十四师、新二十二师调到了兴城至锦州一线。15日，又从关内调暂编第三军、第九十二军二十一师、九十四军四十三师、十三军五十四师到达锦州地区，但没有站稳脚，由于应付战事，又纷纷调出辽西。此时，守义县、朝阳之间铁路的交警三总队调驻锦州，不久，被陈诚调往营口，锦州市内只有一个兵团司令部驻守。
东北野战军冲过敌人的钱丝网
1948年1月，新五军在沈阳附近的公主屯被歼后，对蒋介石震动很大，由于卫立煌拒绝沈阳的部队南撤锦州，蒋介石将原范汉杰之第一兵团司令部改为冀热辽边区司令部，驻秦皇岛，范汉杰决定以锦州为中心，锦西、义县为外翼，兴城、绥中为维护锦榆间交通据点，重点守护北宁线。为了集中兵力，4月，范汉杰将暂二十师由阜新撤至义县，九十三军军部及主力撤回锦州，并成立了锦州警备司令部（也是九十三军军部，今站前新港旅社路南青山购物中心处），九十三军军长卢浚泉、副军长盛家兴兼正、副司令，以加强对市区的控制与城防守卫。又调陈诚嫡系部队五十四军的八师、一九八师，从胶东海运到葫芦岛，进驻锦州，同九十三军主力一起担负锦州城区防御任务。
九十三军在城北城西，五十四军位于城东。虽然增加了一个军，但范汉杰自感要打通沈锦间的交通，现有的兵力仍然不能满足需要，于是又回到山东筹兵，将烟台的第八军李弥部，由原4个师扩编为6个师，改编成由八、九军组成的兵团。5月间，把第九军调到锦西，第八军调到秦皇岛附近，准备整补训练后，归其指挥。由于苏北战场紧张，8月，第八、九军及烟台李弥兵团部被调到苏北战场。
这时，范汉杰向卫立煌请求，把沈阳地区各驻军中，缺额最多的师中的士兵，补充当地其他部队，把军官空运到锦州、锦西地区，另从苏北、上海等地运来新兵进行补充，组成新部队，接着，对新部队进行整训。主要有：新编第六军的暂六十二师刘梓皋部（1948年2月在法库被歼），驻锦西；七十一军八十八师黄文徽部（1948年3月在四平被歼），驻松山、高桥地区；第四十九军二十六师张越群部（1948年1月在新立屯被歼），驻山海关；第五十二军暂五十四师黄建庸部（1948年2月在辽阳被歼），驻绥中；暂六十师（辽阳地区保安部队改编），驻秦皇岛、葫芦岛各一个步兵团。东北“剿总”陆军训练处派人负责主持督训新编部队，南京陆军总部的美国顾问团，也派员到锦州等地区视察。这时，锦州地区的部队建制多而乱，战斗力不是很强。
国民党辽宁省政府派贺奎到锦州成立了辽西行署，负责各县民众组训和成立保安总队，准备成立两个师，但到10月间，由于各部队扩编，需要整补兵员量很大，与团管区征兵有矛盾等多种原因，只将绥中、兴城两地中队编一个大队，锦西编一个大队，锦州的3个中队编一个大队，以维持现状，就地整训，地方团队没能发展起来。
1948年7月，蒋介石将冀热辽边区司令部改为东北“剿总”锦州指挥所，由秦皇岛迁至锦州，下旬，范汉杰把驻锦州至山海关间的国民党军进行了一次大的整编，将补训后归建的部队，都留在了锦州地区，组建新八军和新五军，使在锦州地区和北宁线守卫力量有很大加强，第六兵团（司令为卢浚泉，下辖九十三军、一八四师）除暂二十师守义县外，其余均在锦州；新八军（军长为沈向奎，辖暂五十四师、五十五师、八十八师）驻锦州外围地区；五十四军（军长为阙汉骞，辖八师、一九八师、暂五十七师）驻锦西地区；新编第五军（军长为刘云瀚，辖二十六师、暂五十师、暂六十师，暂五十师为重建）驻山海关、绥中、锦西地区，从义县至河北滦县沿北宁线两侧，组成以城镇为重点的带状的防御区。
9月初，国民党军发现有大批解放军部队南下的迹象，冀察热辽军区部队向北宁线中段开进，预感形势不好，东北“剿总”锦州指挥所决心集中3个军的兵力重点守卫锦州，制定了收缩兵力的计划。新八军由锦州外围集中于锦州东面紫荆山至南面松山地区，担任守备任务。九十三军附一八四师守备锦州北面和西南面，包括飞机场的守备，与新八军共同形成对锦州的环形防御体系。新五军由山海关调至锦州，为锦州指挥所的总预备队。五十四军集中守卫锦西、葫芦岛。这个计划报上后，卫立煌没有同意，又明令九十三军暂二十师不能撤回，新五军的调动待华北部队接防后再行动，不久，东北野战军在北宁线上展开行动，国民党军被牵制在各点上无法调动，范汉杰的收缩计划落空了，只将暂六十二师进至塔山，保障锦州、锦西间的交通，第八十八师由松山、高桥地区撤至锦州老城内，派出九十三军暂十八师守备锦州西的飞机场。卫立煌令，在新五军未到锦州之前，从沈阳空运一个军到锦州协防。
到1948年9月末，国民党军将锦州的守备部署再次调整：暂五十四师自锦州东紫荆山至东南松山一线防守；暂五十五师担任南山主阵地的守备；从沈阳空运的四十九军七十九师（欠1个团）担任大架山防守；第八十八师为锦州指挥所总预备队；暂十八师自女儿河车站至188高地（二郎洞附近）防守；暂二十二师防守二郎洞经合成燃料厂（今石油六厂）、黑山团管区（今石油六厂红星里处）、十二亩地（今五姓屯南高地）、配水池（今畜牧学校南，原自来水供水站）、大疙瘩（亮甲山）至省公署大楼（今空军第三飞行学院办公楼）北侧高地之线防守，东与暂五十四师阵地相接；第一八四师为六兵团预备队；暂二十师守义县；五十四军驻守锦西、葫芦岛地区；新编第五军驻守山海关与锦西之线。为了加强锦州的防守，将原师管区司令黄永安兼任锦州炮兵指挥官，除军、师直属炮兵营外，还有锦州指挥所直属的独立炮兵第十三团二营（105毫米榴弹炮7门）、野战炮兵第十六团二营（76．2毫米野炮12门）、战车第三团轻战车连（英式2吨战车7辆）、装甲汽车连（装甲汽车8辆）、铁道装甲车队等。
在义县与锦州间，有国民党热东挺进支队（热东地方团队）及伪团队千余人，老百姓称为“大耳朵队”“清剿队”，国民党军不让其进城，驻余积屯、七里河子、薛家一线，负责掩护锦义间交通运输，大部分散活动于民间，对百姓袭扰甚重。
在范汉杰的防区内还有葫芦岛、秦皇岛港口司令部。抗日战争胜利后，国民党军政部在沿海各地设立10个港口司令部，司令为少将军衔，负责军事运输业务，为后勤机关，归南京直辖。后来各地成立后勤补给机构，港口司令部撤销了，由于国民党进军东北是先从秦皇岛登陆的，美军援华物资运抵此地交付，又在秦皇岛设立了港口司令部，东北保安司令长官杜聿明，把它看成是自己的后方基地，一直派部队防守，又把秦皇岛、山海关划为东北军事境地，下令港口防务由港口司令部负责，驻军受港口司令节制，将秦、葫港司令部纳入了东北的指挥系统。1946年冬，杜聿明在秦皇岛设立了秦榆警备司令部，派长官部沈阳日俘侨管理处处长李修业为司令官，警备区域东起秦皇岛西至山海关，铁路以南归港口司令部负责，铁路以北由警备司令部警备，刚开始没有部队，临时由保安队担任守备，遭抚宁县大队夜袭，杜聿明得知后，将其撤销了。后来华北行辕见秦皇岛重要也想控制，就向南京方面提出要求，1947年7月经南京同意，在此处成立了一个秦榆要塞筹备处，归华北指挥，但搞建设用钱时，南京和北平互相推诿，谁也不管，结果不了了之。
1948年1月，范汉杰任冀热辽边区总司令，山海关、秦皇岛、绥中一带驻军归他直接指挥，秦、葫港司令部也在其中，范汉杰的指挥部开始设在秦皇岛港口司令部，后迁至锦州。
向辽西隐蔽开进
1948年3月，冬季攻势后，东北野战军主力集中到八面城、九台、四平、西安一线地区，防止长春国民党军突围，阻击沈阳国民党军北援。一部位于沈阳至锦州之间，监视国民党军的动向。第十一纵队于6月出击北宁线后，在河北建昌营、燕河营一带休整。
9月10日，东北野战军司令部向所属兵团、纵队发出了辽沈战役的作战命令，在极其保密的情况下，分批次、分路逐次向辽西集结，成功地将40万大军进行大调动，完成了决战锦州的布势和兵力集结，这在东北解放战争史上是一次大胆的尝试。为迷惑国民党军，东总命令无线电台全面实行佯动，在部队开进行动后的一个星期内，仍留在原地，照常与野战军司令部保持联系。部队开进过程中，除原在锦州、沈阳附近活动的部队电台外，一段时间内，各部队电台暂不与野战军司令部联络。为防止国民党军飞机的侦察，部队夜行晓宿，一旦遇有空情，部队立即原地向后转，造成北进的假象。
东北野战军主力南下北宁线距离远，为尽快达成战略企图，完成部队集结，采取了铁运和陆地开进相结合的办法。为保证部队铁运，到9月9日，共集中了1224辆车皮，其中棚车684辆，敞车、平车540辆，以吉林省梅河口为中心，由朝阳镇、四平、吉林、西安等站组成编组站，在部队上车的东丰、大兴镇、西安等站，部队下车的新立屯、西阜新等站都分别做了准备。9月10日晚，铁运开始，为隐蔽行动企图，列车西行驶过四平时，东总急令，原路返回，部队下车待命。到12日才开始军运，运行时，军车一律用货车代号，车门加锁，贴上封条，各车站见不到人影，听不到响声，连铁路员工都不知道车厢里装的是部队。从梅河口到阜新约710公里，为了防止国民党军飞机侦察，铁路员工晚上采取无灯操作，用手摸着扳道岔，组成64个军列，将北线先头部队安全隐蔽地运送到辽西前线。
第三纵队，是9月13日从西安、东丰地区乘火车铁运南下的，经一天一夜的运输，14日5时，三纵队司令员韩先楚、副司令员沙克带七师到达新立屯，15日，全纵队抵达阜新、新立屯一带，又经两个昼夜的秘密行军，迅速向义县开进。二纵五师归三纵指挥，于9月17日，由四平乘火车南下，19日，到达新立屯下车，经北镇、闾阳驿，向义县方向集结。
炮兵纵队主力，从吉林省的烟筒山、平岗、西安等地集结后，于9月19日至24日登车铁运，先头于21日8时陆续到达阜新、新邱等站卸载，并在海州和西阜新各设一处高炮阵地，负责对空掩护，16时，国民党派3架飞机在新邱、阜新上空盘旋，高炮部队组织了对空中火力，飞机离去，22日，纵直及一团进入义县附近地区。
南下作战的其他部队，第四、九、七、八纵队，按计划采取徒步开进的方式，分次陆续南下。第四、九纵队从北镇和鞍山最先向锦州地区开进。第七纵队参加完冬季攻势后，一直在四平地区休整。9月9日接到命令，12日出发，经法库、彰武、黑山，10天后到达北镇地区集结待命。第八纵队在四平以西八面城地区休整，9月12日开始南下，夜行昼宿，由三江口渡辽河，经康平、彰武、新立屯，9天行军450公里，21日，到达北镇地区。