中国兵力部署：国民政府机构庞杂，为适应抗战形势，决定改组军委会，将原先六部改为四部，即军令、军政、军训和政治部。蒋介石为陆、海、空三军最高统帅，何应钦为参谋总长，白崇禧为副参谋总长，陈诚为政治部主任，徐永昌为军令部部长。
蒋介石任命陈诚为武汉卫戍总司令、第九战区司令长官兼湖北省主席。以长江为界，江北属第五战区，江南属第九战区，决心保卫大武汉。改组机构的同时，调整了部队战斗序列，这是关系武汉保卫战胜败的大事。
1938年6月6日，蒋介石任命陈诚为第九战区司令长官。又由陈诚保荐：罗卓英任武汉卫戍区司令，郭忏任武汉警备区司令，薛岳为江北兵团指挥官，张发奎为江南兵团指挥官，迅速形成控制各作战部队的系统。
6月14日，蒋介石又任命陈诚为湖北省主席，实行了军政一体化。
7月9日，成立三民主义青年团，蒋介石自兼团长，任命陈诚兼书记长，负实际责任。在武汉会战关键时刻，陈诚身兼数要职，证明蒋介石在军国大事上“非陈诚莫属”。蒋介石在给阎锡山信中曾说；“中正不可一日无辞修”。
最高统帅部将作战部队进行了调整：
第五战区司令长官李宗仁（因病由白崇禧代理），副长官李品仙。江防总司令刘兴、副总司令曾以鼎。下辖：第2集团军孙连仲部，第5集团军于学忠部，第11集团军李品仙部，第21集团军廖磊部，第24集团军顾祝同部，第26集团军徐源泉部，第27集团军杨森部，第29集团军许绍宗部，第17军团胡宗南部，第27军团张自忠部，第19军团冯治安部，第28军团刘汝明部。另有第45军、第71军以及马当、湖口、九江、田家镇等守备部队。
第九战区司令长官陈诚。江北兵团总指挥薛岳，江南兵团总指挥张发奎，武汉卫戍区司令罗卓英，武汉警备区司令郭忏。下辖：第3集团军孙桐萱部，第9集团军吴奇伟部，第20集团军商震部，第31集团军汤恩伯部，第11军团李延年部，第29军团王缵绪部，第30军团卢汉部，第32军团关麟征部，第37军团王敬久部。另有第74军、29军、54军、9军、16军、75军、94军、37军，以及湖北省防空部队，江西省保安部队。
最高统帅部决定作战方针：以一部守备华南沿海及华东、华北现阵地，并积极开展游击战，牵制消耗敌人。另以有力一部支援马当、湖口要塞，迫敌于鄱阳湖以东展开，阻敌溯江向九江集中。中**队主力集中武汉外围，利用鄱阳湖、大别山地障，及长江两岸丘陵、湖沼，施行持久战，特别注意保持重点于外翼，争取灵活机动。预期在武汉外围与敌主力作战四个月，予敌人以最大消耗，粉碎其继续进攻之能力。
第五战区以李品仙部为右翼兵团，以江北大别山南麓丘陵湖沼之地形，以一部在广济东西亘浠水一带占领纵深阵地，拒止敌寇；以廖磊部为中路兵团，于太湖、潜山西北山地，相机南下侧击西进之敌；以孙连仲部为左翼兵团，于大别山北麓与淮河之间，利用地障，拒止该方面之敌；以顾祝同部担任敌后游击；以许绍宗部为第二线兵团，策应第一线作战。
第九战区当以击破敌于鄱阳湖西岸及田家镇要塞以东地区为目的，拟定作战计划。薛岳兵团防守南浔线，并沿鄱阳湖沿岸配置兵力，以南昌为基地，防止敌进攻南昌及迂回长沙为目的。张发奎兵团以确保九江及田家镇要塞，并沿江构成阵地带，必要时逐次抵抗，消耗敌人，以防止日军由瑞昌西进，直趋岳阳、蒲沂、咸宁。同时将有力兵团，分区控制于瑞昌、汤新间，丰城、清江间，高安、上高间，宜春、万载间，咸宁、蒲沂间，武汉、长沙等地区，策应尔后之作战。其司令长官部设于武昌。
武汉卫戍区的任务，主要是固守三镇，防备日军空袭及对各作战部队兵员和物资供应，相机策应第五、第九两战区夹击日军。惟一的作战任务，是警惕日军突破防线，溯江而上突袭武汉三镇。若发生此情况，卫戍部队应固守待援，夹击来犯之敌。
武汉抗战初期，中国参战部队约有30个步兵师又一个旅、两个团、三个野战炮兵团、两个要塞炮兵团的兵力。以后陆续增援部队，至会战结束时，先后参战约有124个师、两个骑兵旅、七个野战炮兵团、三个要塞炮兵团的兵力。其中仅14个师系后方增援部队，没有损耗，每师约一万人；其余部队都久经战斗，损耗甚大，虽经整补，仍缺员50左右，每师均约五千人。所以中国参战部队总兵力约95万人。各种舰艇共约40余艘。中国空军战机共130余架，苏联空军志愿队战机共90架。两者总计220架。会战期间补充104架，会战结束时已不足100架。
日本兵力部署：1938年6月15日，日本御前会议决定：集结重兵进攻武汉，并将战争推进到广州。随即日本大本营决定：任命畑浚六为华中派遣军司令，调集近卫师团、山下师团、波田支队（台湾旅团），海军陆战队等十个团，以及第2、第3、第5、第6、第9、第10、第13、第16、第18、第22、第101、第103、第106、第107、第116等师团，一个机械化兵团，三个航空兵团和海军舰队。总兵力约35万人，飞机400余架，舰艇120余艘。这是日军侵华战争中集结兵力最大的一个战役，足见其对此战役孤注一掷的赌徒心理。