5月上旬，日军的战略企图日趋明朗。6日，蒋介石致电驻守湖南的第九战区司令长官薛岳：“由赣北直攻株洲与衡阳之情报甚多，务希特别注意与积极构筑据点工事，限期完成，以防万一为要。”7日，军令部和徐永昌获悉，此次日军南犯部队，前后共准备10个师团。这一情报是准确的。14日，蒋介石再次致电第九战区司令长官薛岳，明确指示：“敌军打通平汉线以后，必继续向粤汉路进攻，企图打通南北交通，以增强其战略上之优势，务希积极准备。”同日，蒋介石还致电驻守广东的第七战区司令长官余汉谋，指示敌人企图打通粤汉路，其发动之期将不在远，敌将在广州大举增援，务希积极准备。15日，军令部第一厅着手研究日军侵犯粤汉路及湘桂路的防范方案。28日，蒋介石召集军事会报，研讨对湘鄂及全国军事计划，认为“敌寇在湘北与鄂西分别进犯，共集中9个师团以上兵力，其必欲打通粤汉路，乃为预料之事，盖以兵力而论，或可达其目的，但以地理与空军及运输而论，当不能如其预计之易，吾人亦惟有针对敌之缺陷，着手抵抗，以冀补我兵力之不足也。”国军最高当局已初步揣测了日军“一号作战”的战略要图。
进入5月以来，军令部收到各方有关日军向武汉和鄂南、湘北大量调集兵力，即将进犯粤汉路的情报。军令部第二厅将各方情报整理分析后认为，自3月中旬至5月中旬，日军由长江下游上运的兵力约12万，由上游下运的兵力5万~6万，两相加减，武汉方面日军增加兵力6万~7万，计约3个师团。但徐永昌对日军的进攻能力仍估计不足。5月19日，徐永昌在回答蒋介石“豫战之后敌人的动向如何”之咨询时，认为日军无持久进攻力，其部队亦多为杂凑。
实际情况是，日军自3月底4月初即已着手制订“一号作战”之湘桂战役的作战计划。日军大本营鉴于其在太平洋战场日趋不利的局面，企望通过在中国大陆的作战来鼓舞日本国民的士气。据称日军“大本营极端期待此次将成为今年最出色的作战”。为此，日军准备投入150个大队的兵力，比1938年进攻武汉时的140个大队的兵力更大。这些兵员中确有很多是只经过短期训练、缺乏实战经验的新编兵团，因过去熟悉对华作战的、具有较强战斗力的兵团大部分已被抽调赴太平洋和东南亚战场。但日军用了近两个月的时间作了反复、周密的策划和充分的作战准备。作战方案不仅包括总体作战计划的拟订，而且具体到每一战斗的方案细则的制订，包括兵力配置、作战进度、后方兵站、警备以及气候与地理环境等，均作了周详的考虑和部署。
