所谓“一号作战”，就作战范围而言，北起河南省，南至广西边境，绵延数千公里;就作战规模而言，打破了日军侵华以来的空前纪录。战役正式发起于1944年4月，但日本大本营早在上年8月就开始策划了。日本大本营鉴于海战的接连失败，意识到自己的防线并不稳固，便开始制订其长期战争的计划。其指导思想是：即便将来在太平洋上的防线全被突破，也要保证在中国大陆上有足够的立足点。通过中国大陆，再与被切断海上交通的南洋50万日军联系起来，利用这一广阔领域内的丰富资源，就可从事长期的战争。另外，完成这一计划的主要兵力系陆军，大本营考虑的正是要通过其作战来提高日军整体因海上不断战败而日见低落的士气。因此，核心的问题所在，就是“先行打通中国大陆南北，构成直通南方的大走廊”。所谓打通大陆，“即企图占领和修复从黄河北岸的新乡至汉口的平汉线南段，武昌至衡阳的粤汉线北段，衡阳至柳州的湘桂线，并新建自柳州经南宁至谅山的线路。这样就把朝鲜、满洲、中国、印度支那用铁路连结起来”。
表面上看，这将是日军的一次主动大出击，但实际上，却是大本营方面深知太平洋防线不保而欲在中国事先构筑防御圈的消极措施。
图1.3 盟军飞机轰炸日军的后方兵站、军营以及运输线。图为美空军飞机准备轰炸黄河上的桥梁。
中国战场上局势的演变，也引起了日方的高度重视：国民党军队尽管抗战积极性在武汉会战以后逐渐降低，但毕竟仍在坚持抗战;八路军、新四军及地方武装更在广阔的敌后从事大规模的游击战争，沉重打击了日军的所谓“治安”工作;中美空军实力的增强，更对日本构成直接的威胁，特别是从中国大陆基地起飞的美军飞机，成了日本方面的心腹大患。
1943年11月底，在华的美国空军拥有战斗机、轰炸机共约230架，其中大半配置在桂林及东南沿海地区。25日，30架美军各类飞机从江西省的遂川机场起飞，对台湾新竹的日本海军飞行基地进行空袭。对日本来说，来自中国大陆基地的美军飞机的空袭，还是第一次。它表明了美军同时也可以大规模地对日本本土发起空袭。不仅如此，这些飞机还时不时地轰炸袭击东海上的日军舰船。摧毁美国的在华空军基地，从根本上消除对日本本土空袭的可能性，便成为日军大本营迫切需要解决的问题。这些基地又大多集中在中国的东南沿海一带，这同设想中的打通大陆交通线计划里的作战区域大致相同。如果说日军打通大陆交通线的计划是势在必行的话，那么因在华美国空军活动的加强和日军欲摧毁其基地的设想，则大大加快了计划实行的步伐。
此次战役，因其牵扯面太广，所以日军的计划几经反复。先是中国派遣军于1943年12月初制订出计划方案，但大本营方面却警告其“不能轻易作出决定”，深恐泄密。12月中旬，大本营又要求将攻击计划提前，同时将作战名称定为“一号作战”。进入1944年，在华美国空军活动更加频繁，日军欲摧毁其基地成了确定实施“一号作战”的主要动力。1月24日，天皇批准《一号作战纲要》。据此，中国派遣军又于3月10日制订了较为详细的作战计划，12日向全军作了传达。按照这个计划，中国派遣军“于1944年春夏季节，先由华北，继由武汉地区及华南地区分别发动进攻。击溃敌军，尤其是中央军，并先后将黄河以南京汉铁路南部及湘桂、粤汉铁路沿线之要地，分别予以占领并确保之”。其作战目的在于 “击败敌军，占领并确保湘桂、粤汉及京汉铁路沿线的要冲，以摧毁敌空军之主要基地，制止敌军空袭帝国本土以及破坏海上交通等企图，同时摧毁重庆政权继续抗战的意图。”
“一号作战”所规划的日军作战范围，黄河、信阳与岳州、衡阳间的直线距离均为400公里，而衡阳至柳州间的直线距离更达到600公里，要想在南北长达1500公里的广阔区域内实现击垮 “超我数倍的蒋介石所属全部野战军的半数，进行贯穿作战”
，其作战难度无法想象。特别是此时日本中国派遣军已出现兵力不足的困难。在此计划里，日军投入的总兵力为51万人，其中平汉作战为148000人，湘桂作战为362000人，战马100000匹，各类火炮1551门，坦克794辆、汽车15550辆。
中国派遣军1943年末在中国大陆的兵力总数仅为62万左右，战马13万匹、汽车约18000辆。为确保战役的完成，日本原准备从中国大陆调往太平洋岛屿上的兵力也暂缓或不调，并且又从国内和中国东北抽调来大量的各类兵种。对日本陆军来说，这样长距离的作战和大规模的兵力集中是没有先例的。在中国派遣军总司令官畑俊六大将的日记里，明显地反映出他深知这次 “派遣军未曾有过之大战……与实力、资材，尤其战力全面下降之状况，殊不相称”。
但面临着对日本极其不利的远东及太平洋战局，大本营方面只有孤注一掷了。
打通平汉线是“一号作战”的第一步，由华北方面军来完成。在1943年秋开始实行的《下半年度作战指导大纲》里，该方面军鉴于共产党活动的急剧加强，原规定 “主要作战对象为中共党和军队，其作战目的也是要从组织上消灭中共党和军队”
，这时便改变作战方向，抽出了兵力的二分之一(至少65个步兵大队)投入“一号作战”。其作战计划为：“首先突破正面的敌军阵地，将我主力部队集结于黄河南岸。随后部队佯作沿京汉线南下，以郾城附近为中心，使主力朝西方向右迂回，围歼第1战区敌军，特别是汤恩伯军。”
兵力的运用大致是以第12军为主力在正面作战，第1军由山西方面策应，而华中方面军则分别以部分兵力自皖西和鄂北方面出兵配合。
日军一方面制订出较为详细的作战计划，一方面也加快战争的准备。为补充兵力，日军命令在华的日本侨民和商民入伍。为便于军队运输，日军又将华北和华中地区各铁路支线的铁轨、枕木等器材拆除，统一运往新乡、开封、信阳、武汉等地集中。至1944年3月中旬，中断了6年的黄河铁桥得以修复通车。期间，平汉铁路线北段由新乡南面的小翼一直修复到黄河北岸，并铺设了8条支线。日军还重建了邙山头据点。4月中上旬，第12军主力都已集中在新乡以南的黄河北岸地区，从绥远和东北抽调的部队也相继到达。兵力建制为第12军所属的第37师团、第62师团、第110师团、独立混成第7旅团、骑兵第4旅团、炮兵、工兵联队及其他特种兵，另加关东军派来的第27师团和绥远调来的战车第3师团，总兵力达15万人，统属华北方面军司令官冈村宁次大将指挥。此外，日军还将第1军一部配置于黄河北岸山西境内，华中方面军一部调集于信阳及安徽西部正阳关地区，准备配合华北方面军的作战。除此之外，日军又集结一大批伪军部队协助进攻，计有第2集团军张岚峰部、第2方面军孙良诚部、第28集团军庞炳勋部、第11军孙殿英部等。一场蓄谋已久的战役就要打响了。
