9月24日，錦州範漢傑電蔣求援，蔣介石才召衛立煌於到南京開會，迫令衛立煌由沈陽出兵支援錦州，衛仍然拒絕接受。最後，蔣介石決定空運49軍到錦州增援（運到2個團，9月28日機場被解放軍炮火封鎖，空運中斷），另一方麵仍強要衛由沈陽向沈錦線攻擊前進，並派參謀總長顧祝同到沈陽督戰執行蔣的命令。顧祝同在沈陽期間，曾一再召集東北將領會議，要衛出兵沿沈錦路前進解錦州之圍，衛仍堅決反對執行這項命令，認為有全軍覆滅的危險，並與顧多次爭吵。衛賭咒發誓說：“出了遼西一定會全軍覆沒，你不信我同你畫個十字（畫押的意思）。”第9兵團司令廖耀湘提出：乘東北解放軍主力攻擊錦州時，將沈陽主力一氣撤至營口地區。衛立煌認為如不能照他的意見辦時，可以實行這一方案。而顧祝同未得蔣介石同意也決不敢同意撤至營口。最後，顧祝同見要衛立煌出兵遼西仍無希望，隻好回南京向蔣介石彙報說東北負責將領不服從命令，不願意打仗。
蔣介石得到顧祝同的彙報後非常憤怒，於10月2日飛抵沈陽，召集軍事會議，決定從華北和山東海運葫蘆島7個師（華北林偉儔的第62軍3個師、黃翔的第92軍1個師、羅奇的獨立第95師、煙台王伯勳的第39軍2個師），加上葫蘆島闕漢騫的第54軍4個師，共計4個軍11個師組成“東進兵團”，由華北第17兵團司令侯鏡如指揮；以沈陽地區的5個軍11個師（潘裕昆的新1軍2個師、李濤的新6軍2個師、龍天武的新3軍3個師、向鳳武的第71軍3個師、鄭庭芨的第49軍1個師）和3個騎兵旅，組成“西進兵團”，由第9兵團司令廖耀湘指揮，準備東西對進，以解錦州之圍。晚間，蔣介石又召集師長以上將領會餐，蔣發表講話說：“我這次來沈陽是救你們出去，你們過去要找共匪主力找不到，現在東北共匪主力已經集中在遼西走廊，正是你們為黨國立功的機會。我相信你們能夠發揮過去作戰的精神，和關內國軍協同一致動作，一定可以成功的。關於空軍的協助、後勤的補給，周總司令、郭總司令已經同你們準備好了。萬一你們這次不能打出去，那麼，來生再見。”
在沈陽，蔣介石還單獨接見了廖耀湘。蔣對廖說：“這次沈陽軍隊出遼西，解錦州之圍，完全交你負責，如有貽誤，也唯你一個人是問。”廖表示：“我決心執行總統的命令，立即行動。”但廖耀湘不明白，為什麼蔣介石在5月初就決心撤退沈陽主力以避免決戰，而現在又為什麼下這麼大的決心要與東北共軍決戰？就把問題提出，請教蔣介石。蔣告訴廖：“這是從戰略全局考慮的。在撤退東北主力之前，一定要給東北共軍一個大打擊，一定要來一次決戰，否則華北就有問題，將來有機會我再同你講。當大將，一定要顧慮全局，你應該顧慮到整個局勢，好好努力完成這一次任務。”隨後，蔣介石又接見了幾位軍政要員，3日即匆匆離開沈陽。
就在蔣介石飛抵沈陽的同一天，即10月2日清晨，東北野戰軍總部的列車到達鄭家屯以西。這時，林彪得到報告，在葫蘆島，敵軍新來了4個師。林彪擔心錦州未攻下便受到沈陽、錦西、葫蘆島三方援敵夾擊，到時部隊油料耗盡，大量汽車、坦克、重炮撤不走，將陷入危局。於是，他命令列車暫停前進，當晚給中央軍委發去特急電報表示：“……在戰鬥未解決之前，敵必在錦西葫蘆島地區留下一兩個師守備，抽出五六個師的兵力，采取集團行動向錦州推進。我阻援部隊不一定能堵住該敵，則該敵可能與守敵會合。在兩錦間敵陣地間隙不過五六十裏，無隙可圖。錦州如能迅速攻下，則仍以攻錦州為好……目前如攻長春，則較6月間準備攻長春時的把握大為增加。”林彪簽發這一電報後，攻錦部隊仍按原部署繼續向錦州推進，東總列車亦於深夜繼續南進。
10月3日清晨，林彪與政委羅榮桓、參謀長劉亞樓緊急磋商。林彪說：“隻準備了一桌菜，突然來了兩桌客，怎麼辦？”羅、劉建議仍然按原部署攻打錦州。林彪考慮了一會，命秘書把電報追回來，但電報已於淩晨4時發出。林、羅、劉三人便於上午9時重新給軍委發電表示：“我們擬仍攻錦州。”10月4日晨6時，毛澤東複電表示：“你們決心攻錦州，甚好，甚慰。”“在此之前我們與你們之間的不同意見，現在都沒有了。”
10月5日，東野“前指”到達位於錦州西北、距錦州30多裏的牛屯。林彪察看了地形後，立即召開軍事會議，擬定了總攻錦州和打援的具體作戰方案：以第2、第3縱隊和第6縱隊之第17師，以及炮兵縱隊主力和坦克營，組成北突擊集團，由第3縱隊司令員韓先楚指揮，由城北向南突擊；以第7、第9縱隊及一部分炮兵，組成南突擊集團，由第7縱隊司令員鄧華指揮，從城南向北突擊；以第8縱隊及第1縱隊炮兵團，組成東突擊集團，由第8縱隊司令員段蘇權指揮，從城東向西突擊；以第4、第11縱隊及2個獨立師位於打漁山、塔山和虹螺蜆一線，由第2兵團司令員程子華指揮，阻擊葫蘆島和錦西方向的援敵；以萬毅第5縱隊、黃永勝第6縱隊（欠第17師）、梁興初第10縱隊（附第1縱隊第3師），位於新民以西、以北地區，堵擊由沈陽出援的敵“西進兵團”；李天佑率第1縱隊（欠第3師）位於錦州和塔山之間的高橋，作為戰役總預備隊，既可北攻錦州，也可南援塔山。