12团战斗警戒分队，控制了北岸的制高点，随后打退了敌派到江北岸的8次战斗侦察，俘敌5人，经过审问基本了解到敌各团的部署、战斗编成和阵地火力配备等情况。
13日，116师主力由平壤向高浪浦里地区开进。20日，全师主力经过急行军到达临律江北岸集结地域。第348团位于上高密洞、沙岩、禹勤里地域；第347团位于防筑洞、木果、梧谷地域；第346团位于后谷、冷井、梧村地域；师指挥所位于店村东南侧无名高地。师后方指挥所在下勿闲；师伤员收容所在上勿闲；师弹药库在上勿闲东北侧；师军需库在下勿闲东北侧。116师的集结待机地域里，由青廷里经基谷里、贵存里至朔宁有纵向公路一条；由青廷里经小斗日、松岘至麻田里，由基谷里经高旺里、鸡鸣里至涟川有横贯公路两条。此外，纵横的乡村路较多，便于部队机动和物资运输。师长汪洋、政委石瑛在听取了参谋长薛剑强和348团团长高克对先遣团的情况汇报后，命令各步兵团和师山炮营，在江北岸设立4个观察所，开始对当面之敌进行观察监视，要求日夜不间断地观察，随时将观察的情况登记上报师部。
全师进入集结地区后，师长汪洋率领团以上指挥员对元堂里到石湖全长约65公里的预定突破地点进行了长时间反复观察、分析，认为整个预定突破地段按照地形可分为东西两部分，从地形上看是各有利弊：
临津江横贯敌防御阵地之前。舟月里北、新岱南、土井对岸均为天然峭壁，高约7…10米，不便攀登。砂尾川、新岱地段的江面均未结冰，江面宽100…150米，深约1…1。2米。土井渡河点已结冰，冰层厚约10…15厘米。敌基本阵地内，均为中等起伏地，便于运动，但积城两侧的147。7高地、182。0高地能控制经积城通往马智里之公路及周围小高地，不便于接近和迂回包围。于义洞两侧，山高坡陡，绵亘横贯于麻（田里）汶（山）公路以南，山北有1500…2000米开阔地。临津江北岸地势平坦，距江岸2000…2500米以北是连绵不绝的丘陵地带，有数条自然沟，深约1。5…2。7米，稍加改造即可作为冲击出发阵地。纵深地势较高，田屯东北侧高地、芦谷里西侧高地、196。5高地均能俯瞰敌基本阵地，且有部分松林，便于兵力和物资器材的隐蔽配置。敌防御地域内，由积城经马智里至汶山有一条二级公路；由马智里经于义洞、法院里至高阳有一条三级公路；由斗只里经检祥、馆洞、粟浦里至三河里有二条横贯公路；乡村路较多，均可通行汽车，敌兵力机动、物资运输均较方便。
第116师待机地域内，由青廷里经基谷里、贵存里至朔宁有纵向公路一条；由青廷里经小斗日、松岘至麻田里，由基谷里经高旺里、鸡鸣里至涟川有横贯公路两条。此外，纵横的乡村路较多，便于部队机动和物资运输。作战季节正值严冬，气温通常在零下20…25度，积雪厚约20…40厘米，冻土层60…80厘米，对修筑道路、工事和物资运输、隐蔽伪装都带来一定困难。
西段元堂里至戊浦段，正是临津江的大转弯处，江岸向北弯曲，形成一个明显的突出部，使守敌防御侧翼暴露，江面宽江水浅，地势平缓，简直完全符合军事理论上江河进攻作战的理想选择，而且朝鲜战争初期人民军就是从这一地段成功强渡临津江的。也正因为对进攻方有利条件如此明显，该地段为敌防御重点地区，投入防御力量也强，工事构筑也坚固。此外该地段两岸地形都很平缓，这既是有利的，也是不利因素，平坦的北岸不利于部队隐蔽，南岸平坦地形更为宽广，在敌掌握制空权的情况下，也不利于突破江防后继续向纵深发展。而东段新岱至土井段，临津江向南弯曲，有利于敌两翼火力形成交叉封锁，两岸为起伏地形，南岸是高10米左右难以攀爬的悬崖峭壁，江北岸则是小起伏地貌，还有几条大体上与临津江平行的自然沟，这些自然沟深约1。5米至1。7米不等，稍加改进就是部队隐蔽的绝好场所，而且纵深地势较高，田屯东北侧高地、芦谷里西侧高地、196。5高地均能俯瞰敌基本阵地，且有部分松林，便于兵力和物资器材的隐蔽配置。任何事情都具有辨证性，这些表面上看起来不利的自然条件反而使敌在该地段防御比较轻视，无论兵力还是工事都较西段薄弱。——这东西两段的情形，倒是与二战期间盟军突破大西洋壁垒时很有几分相似，加莱自然条件表面上有利却是敌重点防御区域，诺曼底地形表面不利又是敌设防薄弱之处。116师经过认真研究，最后选定东段为突破地区。
不过东段南岸的悬崖，此时却是116师面前的一大难题，如果部队在渡江后无法迅速控制悬崖顶端的韩军防御，那么在江面和河滩上的志愿军战士将成为敌军炮兵和航空兵火力的最佳猎物——正如1944年6月6日晨发生在奥马哈海滩上的一幕，所不同的是，炮兵和航空火力的优势，此时都在守军一方。为此，汪洋一连三天趴在江岸前沿阵地，对悬崖从上到下，从左到右逐次进行仔细观察，终于发现这片悬崖并不是铁板一块，上面有很多大小长短不一的雨裂沟，而高低不等的雨裂沟无疑就是天然造就的“台阶”，完全可以为部队攀爬时所利用。有了这一发现之后，116师随即组织各团进一步对悬崖进行观察研究，确定了4个突击连可以利用的4条攀爬通道，其中3条全部是由雨裂沟自然接力而成，最后1条则是利用敌取水时的小路，但是守敌对这条小路也是比较重视，不仅在小路两边布满地雷，只留下中间两三人并行的空隙，而且路上还浇水成冰，极大增加了攀爬困难。116师最后想出了对策，在总攻打响后集中迫击炮对小路进行密集轰击，一方面引爆路边地雷，一方面在冰面上炸出弹坑，为突击连开道。就这样，116师群策群力克服了悬崖难题。
12月27日，116师召开作战会议，确定了突破临津江的作战部署，以346团和347团为第一梯队，在新井以南300米至土井以南800米全长2公里地段实施突破，每团均分为两个梯队，以两个营为第一梯队，每营各以一个连为突击连，也就是说全师第一攻击波为4个突击连，这4个连的任务是尽最大可能消灭敌前沿火力及守军，后续部队过江后立即向马智里、直川里发展进攻，打开向纵深推进的道路，保障军主力向纵深攻击。348团为二梯队，过江后以一个营向舟月里进击，策应115师渡江。部署一定，全师立即投入紧张的战前准备。
为了加强指挥，副师长张峰、师参谋长薛剑强分别下到346团和347团参与战前准备，不仅团营连干部，甚至班排干部、战斗小组长都去江边看过地形，各自具体的攻击目标、突破路线、地形水深、悬崖情况、攀爬线路，全部都了解掌握清楚。随后发动群众采用“提问题，想办法”的方法讨论解决完成任务中可能的困难，如想出用雨布改制成“水袜子”（一种徒涉工具，可耐浸15分钟）解决在徒涉时的防水问题；用鞋底绑草绳、梯子上绑草捆解决攀爬时的防滑问题；用凡士林和猪油涂抹手脚解决防冻问题；工兵事先偷渡过江剪开铁丝网并卸掉一些地雷引信，总攻开始后再以炮火进行轰击以打开通道解决破障排雷问题等。准备工作甚至细致到派人实际探察各处江水深度，有冰凌的江面还把冰凌带回来查验厚度。此外还特意组织突击部队在类似地形上进行逼真的模拟训练，在尽量接近实战条件下演练徒涉、渡江冲击、排障、攀爬、打开突破口、扩大巩固突破口等战术动作。临战前，第一梯队团从班长到团长各级干部还进行整整三晚上的观察，以进一步熟悉地形敌情，做到每个战斗小组都清楚各自任务，甚至细致到了哪里架梯子，从哪里攀爬悬崖等。
在所有准备工作中，极为重要的一环就是构筑进攻出发阵地，鉴于敌掌握有制空权，一旦作战企图暴露，后果就是灾难性的。所以，116师决定攻击前利用江北岸自然沟改造构筑隐蔽的出发阵地，在攻击前一天夜里一梯队就进入出发阵地，经过一天的潜伏于攻击日黄昏发起战斗。虽说土工作业是116师的老传统，解放战争中的116师就是以土工作业近迫战术成功地组织了靠山屯、昌图、彰武、义县、锦州等攻坚战，这一战术也因此成为116师攻无不克的法宝利器。但是此次可不同以往，从土工作业开始就必须严格隐蔽，在敌航空兵终日低空盘旋侦察的情况进行作业，开挖作业、对原有地形地貌的破坏以及开挖后土石的处理，均还不能暴露丝毫的战役企图，其难度确实不亚于小分队化装后深入敌后数十里。开工时间上，挖早了就增加了暴露的可能，挖晚了又会来不及而影响战役的发起，所以116师对出发阵地进行仔细观察，精确计算了整个工程量和所需的人力、时间，最后决定在攻击前开始前三天组织全师二分之一的人员进行土工作业，在距敌150米至300米，正面宽约2500米，总面积约3。5平方公里地域，利用自然沟总共构筑316个隐蔽部（其中25个可容纳400…500人的伤员隐蔽部）、3000个防炮洞、18个营团指挥所、50个弹药器材储藏室、80个炮兵发射阵地（其中30个为掘开式，50个为有掩盖），可以容纳下7个步兵营、6个炮兵营、8个炮兵连，总共7500人，70余门火炮。
相对于此时的“联合国军”，志愿军最大的优势就是在战斗意志方面。为了充分发动部队的战斗热情，39军政委徐斌洲和副政委李雪三组织军政治部组织部长任茂如、宣传部长陈洁等起草了一份《为突破临津江告全军指战员》。用简短、明确、有力的语言，阐明了突破临律江的意义，胜利的条件和作战的要求，提出了个人、集体记功、授予荣誉称号的条件，勉励共产党员、共青团员和所有战斗英雄、功臣模范在战斗中发挥骨干带头作用。最后一段话满怀激情地写道：
全军指战员同志们：抗美援朝保家卫国争取立功的时候来到了！突破临津江防线的光荣任务在等待着我们，志愿军首长在要求着我们，祖国人民和全世界人民在盼望着我们，兄弟部队在激励着我们．新的光荣在鼓舞着我们。让我们积极行动起来，坚决响应军党委的号召，奋不顾身地完成战斗任务吧！胜利一定是我们的，光荣一定是我们的！
这份告全军指战员书在第一时间下发到基层各连队，当天，深受鼓舞的指战员们写下的请战书、决心书、入党入团申请书，就如纷纷扬扬的雪花一般飞到了军、师、团各级政治机关。随后各师政治部主任会议研究分析了部队思想情况和思想政治工作状况，对突破临津江火线政治鼓动的准备工作进行了详细的部署。会后，师政治部派出得力干部深入基层具体帮助和指导部队开展宣传鼓动工作。他们还根据前两次战役的特点，提出了许多灵活机动的政治鼓动形式和措施，部队分散隐蔽时，动员工作的方式以小型活动为主；气候、地形、敌情条件允许时，也可召开会议，培养战时鼓动工作骨于和积极分子，深入到班排开展谈心活动……116师的各级指战员纷纷表示，无论遇到多么大的困难，都要向战斗英雄们等人学习，发扬大无畏的革命英雄主义精神，突破临津江，夺取战斗的胜利。为朝鲜人民报仇，为祖国人民争光。
在志愿军劣势最为明显的后补给应方面，志司和39军以夜间人力运输为主，最大限度为该师补充了弹药：保证野炮、榴弹炮每门45发，山炮、步兵炮、迫击炮每门60发，重机枪每挺3500发，轻机枪每挺6500发，冲锋枪每支225发，步枪每支100发，手榴弹每人3到5枚，4个突击连共配备梯子24架（长5…10米）。为了最大限度减少伤亡，师后勤为各团补充了战地救护药材，一梯队各团各500人份（连带20人份、营带50人份）。针对零下20度严寒徒涉渡江，师后勤除了对部队普遍进行了自救互救和防冻教育，调整了主攻营、连的卫生员，每班指定一名卫生战士外，还明确此次战斗的卫勤保障采取分段分点集中，交替前伸救护。此外，根据渡江战斗的特别需要，在冰冻江面过江的346团准备了稻草、稻糠、秸杆、草片、绳子和木版，每人打草鞋一至两双，鞋码子一副。而在基本无冰冻江面需要徒涉的347团每人用方块雨布自制防水袜子或防水套裤，准备了预防冻伤而涂腿用的凡士林、猪油和牛油。师后勤筹措了20万斤粮食，连同军下发的罐头和压缩干粮，完全保障了部队粮食供给，达到人均四日储备量（三日熟食、一日生粮）。师后勤组织本师的11辆汽车和军后勤加强的10辆汽车，共21辆汽车专门负责炮兵部队弹药的领取和前送。各步兵团分别组织50到70匹驮马，担负作战物资转运任务。为了遍于物资前送和后送伤员，第346、第347团还分别维修了斗日场经通口里、篷谷、满斗尾至新岱和冷井经孟洞、造山、芦谷里至土井的道路共计15公里。
12月29日，39军军长吴信泉、政委徐斌洲、副军长谭友林来到116师检查各项战前准备，深为满意。吴信泉还特意指派副军长谭友林下到116师协同指挥。
在敌机低空盘旋侦察的情况下，116师还是出色地完成了构筑出发阵地的任务，整个阵地全部在地下，从地面看不到一人一物，完全保持了地貌原状。在非对称侦察手段下圆满完成了战役准备工作，这既是达成战役突然性的基本要求，也凸显了志愿军在战役欺骗方面的经验和素质。28日晚，师指挥所进至芦谷里西侧高地。30日，116师完成了各项准备工作。24时前，第一梯队7500余人进入进入屯田、戍滩浦、孟洞以南临津北岸冲击出发阵地。2个团7500人在距离敌阵地最近不到150米处要整整潜伏18小时，一旦暴露后果不堪设想。为此116师制定了严格的潜伏纪律，明令对暴露目标或泄密者一律处以极刑。将距阵地1000米内的电线、车辙印和脚印等用白雪覆盖，交通壕内插上稻草，盖上一层薄雪，白天严禁人员、车马走动。隐蔽潜伏期间，根据每天保证两餐