廣州是中國在鴉片戰爭前惟一對外開啟的門戶，禁煙是一場與英國不法商人甚至是英國政府之間的較量，雖然林則徐在當時對於西方的了解還處於最初的階段，對英國殖民主義者的本質和鴉片戰爭的必然性還沒能洞悉、明了，但在國之門口與英國人就繳煙、具結、懲凶等問題進行交涉和鬥爭可能會引起“邊釁”，他是有思想準備的。所以早在林則徐到達廣州的那一天起，就一刻也沒有忽視對國防的加強。在兩廣總督鄧廷楨和水師提督關天培的協助下，林則徐深入調查了廣東地區的水陸形勢和軍事布防，認為位於東莞縣的虎門要塞，素有祖國南大門之稱，是珠江口外的重要門戶，也是廣州的屏障，扼守虎門是保衛廣州及將敵人阻之於國門之外的關鍵所在。由於清政府政治的腐敗及經濟的窘迫，致使軍備廢弛。軍事設施簡陋，虎門要塞的狀況令人堪憂。雖有關天培的幾年苦心經營，陸續添築了幾座炮台，但比照其所具有的戰略意義，仍然不能讓人放心。林則徐來到廣州，便在關天培原先籌劃建造的基礎上進一步加強擴建。當時，在虎門共設置了三道防線：第一道是位於海口的沙角、大角炮台，東西對峙，隔海相望，嚴密監視著海麵；第二道是鎮遠、威遠、靖遠、橫檔等炮台，其中靖遠炮台屬於新建，安放了60門大炮，是虎門海口炮台中火力最強的一座；第三道是大虎山炮台，為虎門的最後一道防線。這三道防線，遙相呼應，在第二道防線的武山和橫檔之間江麵最狹窄的地方，還安置了兩道鐵鏈和木排。經過林則徐的精心籌劃，層層布防，虎門要塞稱得上固若金湯了，隻要作戰時指揮得當，上下一致，互相配合，是可以克敵製勝的。這種防禦措施，是與林則徐的守戰戰略相一致的，仍屬於傳統的防守方略。
有了炮台，還需有新式大炮來裝備。原來的大炮炮身小、蜂眼多，炮簡易炸裂，而且射程短，甚至缺乏瞄準器，更新勢在必行。林則徐組織力量，趕造出5000斤至8000斤重的多門大炮，又派人到澳門、新加坡購買葡萄牙和英國製造的新式大炮二、三百門。不僅為新修築的炮台配備了大炮，而且對老炮台的舊炮進行了更換。這樣，虎門要塞各處新舊炮台的防衛力量就大為改觀。
整頓廣東水師，增強海上防衛力量，是林則徐備戰工作的重要組成部分。林則徐來廣東後，先後往這一帶調防兵勇共有8000多名，以中路防線為重點，兵力配置達5100多名，其中虎門兵勇3000名，澳門兵勇1300多名，尖沙咀兵勇800餘名，另有1000多名機動。數量增加了，如果紀律不嚴，操練不勤，也難保證禦敵能力的提高，林則徐注意到了這一點，他對水師的整頓是從處分玩忽職守的將領，購買、自造船艇，加強軍事操練等幾個方麵同時入手的。還在虎門銷煙期間，林則徐就嚴厲地處分了不重視海上巡防的南澳鎮總兵沈鎮邦。海門營參將水師提標左營遊擊謝國泰等人，同時裁撤老弱兵勇，增添精壯新兵。為了提高水師戰鬥力，他從廣東、福建各地招募了一批船隻，又派人搜集國內外各種戰船的資料、圖式，按照歐洲和越南的造船式樣，修造了七、八艘新船。後來，還向美國商人購買了一艘900餘噸的商船，將其改裝成兵船，配備外國新式大炮34門。關天培奉林則徐命令，認真負責廣東水師的訓練。他號令嚴明，指揮得當，水師將弁不畏勞苦，日演夜習，一段時間以後，原來紀律鬆弛、缺乏訓練的廣東水師，經過林則徐、關天培的努力整頓，嚴格操練，已成為一支能攻善守的海上防衛力量。
雖從各地調來一些水師，但相對於漫長的海岸線，處處駐防仍是難以承擔。為了抗擊外國侵略者，保護疆域的完整、國家的安全，林則徐從封建的雷池中越出了極為可貴的一步，提出了“民心可用”的主張。林則徐無論是入仕之前，還是入仕之後，始終將眼光兼顧百姓，他所采取的每一項施政方針也幾乎都曾得到人民群眾的支持，那防洪工地上勞動群眾的積極參與、虎門海灘旁大眾對他銷禁的歡呼與支持，時時鼓舞著這位封建的士大夫，如今。麵對英國軍艦隨時可能的侵略，他自然地想到了這些愛國護家的普通人，決定從沿海各地的漁民、漁戶中招募水勇5000名，以彌補正規軍之不足。招募告示貼出後，廣州附近的群眾應募者絡繹不絕。水勇組成後，立即進行軍事操練，特別是練習深夜火攻敵船的戰術。這些人自小生活在水邊，不怕驚濤駭浪，現在又掌握了殺敵的本領，更是勇猛異常，銳不可當。林則徐指示，如果英國侵略軍開進內河，人人都可以動刀殺敵。一時間廣州眾誌成城，嚴陣以待。當然，林則徐是個封建官員，由於階級立場的限製，他對人民群眾的發動和依靠不可能是完全徹底的，但較之“防民勝於防寇”的投降派，他這種依靠民眾進行民族戰爭的信念是難能可貴的。