駐守京山主力的日軍部隊是第39師團231聯隊，聯隊長：小野正雄大佐，41歲，老牌侵華軍官，參與過淞滬會戰、武漢會戰，作戰兇狠狡詐，擅長依託城防工事固守，慣用毒氣手雷反擊步兵衝鋒。
聯隊參謀長：松本健一中佐
副官：渡邊小次郎少尉
聯隊戰前滿編兵力3176人，經過豫湘桂會戰連續血戰，一線戰鬥兵員缺員32%，實際具備作戰能力日軍兵力僅2160人；城內協防偽軍：湖北警備第3整編師，總兵力5400人，偽軍師長為張懷安，無自主指揮權，全程受日軍憲兵小隊監視。
城內分割槽駐防詳情：
城西主城牆防禦區：日軍第1步兵中隊，兵力426人，中隊長鈴木健太中尉，配置4挺九二式重機槍、12門八九式擲彈筒，構建正面密集火力網，為全城核心防禦支點；
城南護城河沿岸防禦區：日軍第2步兵中隊，兵力418人，中隊長高橋野中尉，沿河修建11座連體暗堡，形成無死角交叉火力，徹底封鎖河面所有渡河路線；
城東城門主樓防禦區：日軍第3步兵中隊，兵力422人，中隊長齋藤廣中尉，城門主樓固定部署2門75毫米野戰炮，扼守城東唯一進出主幹道；
城北外圍村鎮防禦區：全部交由偽軍第1團駐守，日軍單獨派遣一支42人督戰小隊，小隊長黑田一伍長，但凡發現偽軍士兵後退、潰逃，無需上報，直接當場開槍射殺；
縣城中心縣衙地下坑道：日軍聯隊核心指揮部，駐紮第4預備隊步兵中隊，坑道內部囤積200枚催淚毒氣手雷、糜爛性毒氣手雷，同時儲備足量彈藥與糧食，小野正雄打算依託地下坑道死守至少15天，等待外圍援兵。
第五十六集團軍總司令方紹魁站在巨大軍用地圖前，指尖一遍遍劃過京山四座城門與外圍工事，仔細核對完整偵察情報，片刻之後，當場敲定分團攻堅執行表，同時額外標註每一個主力師到步兵團專屬傷員臨時收容區域，規劃3條避開日軍火力覆蓋的傷員後送安全通道，最大限度降低步兵衝鋒階段的官兵傷亡。
西線第56集團軍新編第16軍承擔首攻京山任務，軍長孫明瑾劃定攻堅序列，以222師、223師為主攻部隊，224師為城外接應預備隊，配屬集團軍直屬工兵團、重炮師第2團協同作戰。
1月14日凌晨2點，新編16軍直屬偵察營營長趙剛帶4支便衣小隊潛伏京山外圍36小時，摸清日軍第39師團231聯隊佈防。日軍聯隊長小野正雄大佐坐鎮縣城中心坑道指揮部，麾下4個步兵中隊分守四方城牆，偽軍5400人佈防城郊村鎮，坑道內囤積200枚毒氣手雷，打算死守待援。情報傳回軍部，孫明瑾連夜召開營以上作戰會議，敲定各級指揮人員與分路進攻方案。
1月15日凌晨5點，天際泛起魚肚白，總攻倒計時正式開始。
戰區直屬重炮師提前完成火力諸元最後校準，所有火炮炮口齊齊對準京山城牆明暗碉堡；中美聯合航空隊戰機升空，在雲層後方待命；戰壕內所有步兵子彈上膛，刺刀安裝完畢，全軍屏息凝神。
此戰，新編第16君擔任主攻部隊，具體部署如下:
222師，師長於晨光，主攻城西、城南
1. 664團，團長秦宏遠
1營營長周保國：下轄1連連長馬強、2連連長劉山、3連連長吳貴，主攻城西主城牆鈴木健太第1中隊陣地；
2營營長陳武：下轄4連、5連、6連，負責壓制城南護城河高橋野第2中隊暗堡群；
3營為團預備隊，營長趙順。
2. 665團，團長顧海峰
全團沿西南山林迂迴，切斷城西日軍退路，營連長就地構築阻擊陣地。
3. 666團，團長陸濤，師直屬機動支援團。
223師，師長王磊，主攻城東、城北
1. 667團，團長林振山
1營營長江濤，下轄1、2、3連強攻東門齋藤廣第3中隊75毫米固定炮陣地；
2營迂迴城北，壓制偽軍外圍村鎮，對抗日軍黑田一42人督戰小隊。
。圍突外向軍日止防，翼兩北東置分團966、團866 .2
。戰備度強高開展連各線前，天全日41月1
。雷地與網鐵除破兵工合配，筒破、包藥炸帶攜福周長排排三，力火頭城制槍機作旺孫長排排二，城登擊突責負柱李長排排一，排個3為分人821連全將強馬長連連1團466師222
。電理整聲低員訊通臺電旁，刀刺磨打裡壕在蹲，排一連1屬隸柱二王兵等上，壕戰
”。小不定指亡傷波一頭鋒衝們咱，口垛在架槍機重二九四，牆城著守隊中箇一子鬼西城，了說長連馬“：手雙的僵凍著哈柱二王
”。彈子不挨能，衝溫餘火炮著跟們咱，掉掀事工層表子鬼把，牆城鐘分十二轟先會點五晨凌營炮重“：臺電錯除頭低員訊通
。口封藥炸塑用，堡暗近靠水涉後束結火炮等，組小破組人6調排兵步個每，令下武陳長營。堡在藏部全手筒彈擲的隊中野橋高，角犄為互堡暗軍日座11河沿，米21寬面河。形地河城護察勘隊帶兵黃長連連5營2團466南城，間時一同
”。地陣兵炮掉端去上繞坡土面側從排二，位炮掃衝俯隊空航等，衝面正能不們咱，路大東城條整蓋覆能炮門兩子鬼“：代長排對，炮戰野米毫57門兩樓主門東遠著盯凱鄭長連連1營1團766東城
。火炮擊反軍日止防，層炮防土厚與木原蓋覆方上位炮，彈炮發002配分炮火門每，元諸算測覆反米毫28門9和炮擊迫米毫021門3連全著帶勇方長連連炮擊迫，地陣兵炮
