2月下旬，改组完毕后的第一集团军8个师利用缴获的俄国列车陆续开抵乌兰乌德周围，替下了先前负责围城的蒙古方面军6个师，虽然铁路改修尚未完成，在肖烈日司令官的催促下，集团军二十万官兵还是克服种种困难，积极展开了总攻前的准备工作。
其一为拔除突出于敌军主防线外的前哨据点，由集团军抽调各军精锐组成突击集团，每次只集中攻击一个据点，并埋伏机动部队，随时准备截断从城内出来的援军。到3月中旬，城外7处设防坚固的据点全被我军拔除，歼敌3000余人。
其二为向敌军主防线接近地挖掘蛛网般纵横交错的平行壕、交通壕，尽量缩短主攻时突击部队的冲锋距离，由于冻土过于坚硬，不得不使用炸药辅助开掘，这样一来动静很大，随时会遭到俄军炮火或突击队的截击，我军只得以炮兵不间断轰击敌军阵地前沿的方式来掩护挖掘部队作业，同时有选择地集中破坏防线前最宽达五十公尺的多层铁丝网阵，炮弹的海量消耗一度让方面军后勤部门头痛不已。到4月中旬，最近的平行壕已延伸到距对方第一道战壕不到100公尺。
其三为预先修筑供重型攻城炮使用的水泥基座、公路、小铁路、弹药存储转运中心，并为即将进驻的陆军航空部队修建机场和飞艇系留场。到4月下旬，在征调超过三万名战俘和当地平民协助施工的前提下，上述一系列工程基本完成。
3月下旬，天气转暖转好，加以铁路线改修进展顺利，配属给北部战区的第一航空集团开始分批转场至前线新建的野战航空场。4月5日，第一批飞机轰炸了乌兰乌德市区。4月12日，第一浮空联队的老式“强云”攻击飞艇首次动用重达2000公斤的“滚雷2号”巨型炸弹轰炸乌兰乌德要塞堡垒——当然，这种毫无准头的巨弹轰炸主要是起到震撼威吓敌军的心理作用。到4月中旬，第一航空集团的35个航空中队、12个浮空中队已全部进入战区。合计战斗机124架，侦察联络机57架，轻轰炸机87架，重轰炸机120架。运输机6架，外加飞艇24艘。自此之后，只要天气允许，乌兰乌德上空总会出现规模不等的华军机群、艇群，或侦察。或轰炸扫射，或抛洒劝降传单，不断削弱俄军士气。
4月19日，进驻斯柳江卡野战机场的第1战斗机联队第3中队与来袭的俄机展开了北方战区的第一场空战，中队长墨涵中尉首开记录，5分钟击落3架敌机，所部以精熟的战技将来袭的14架敌机全部击落，己方仅1架降落时坠毁，4架负伤，飞行员1死2伤。此后直到5月中旬。数量质量皆处于绝对劣势的俄国航空部队再也没有勇气发起“斯柳江卡式”的挑战，贝加尔方面的制空权牢牢地掌握在华军手中。
4月中旬，作为补给咽喉的铁道既已改修完成，作为“战力增强器”的航空部队亦已聚齐，总攻的准备工作也就转入了最后阶段。
两周之内，超过600列标准军列直接从本土开抵乌兰乌德城外的集团军专用卸载车站，运来了口径从210毫米到460毫米不等的数十门攻城重炮，以及总重超过10万吨的各种炮弹和炸弹，外加大量炸药、油料、火焰pēn_shè器、冲锋枪、手榴弹等攻坚必要装备。
这当中，首次实用于战场的六门十三年式420毫米超重型榴弹炮系专为对付钢筋水泥结构的强固堡垒而设计。炮管长7公尺，全重120吨，可发射重达1000公斤的巨型混凝土破坏弹，射程14公里。有意思的是，以上技术性能与去年德国用于攻破比利时列日要塞的克虏伯“大贝莎”420毫米攻城炮极为相近，不过帝国军工部门极力否认战前曾得到过德方的技术支持，证据就是帝国同时还研制了德国所没有的十四年式460毫米超大口径攻城迫击炮——但就口径而言，仅次于法军装在列车上的520毫米榴弹炮（弹重1400公斤，射程16公里。连炮车全重290吨），可列世界第二。
十四年式攻城迫击炮炮管长四公尺，全重70吨，可发射1500公斤重的爆破弹和混凝土破坏弹，射程6500米，使用方法与十三年式相同——拆成若干部件运输，进入阵地后再组装并安置在特制的混凝土基座上发射。由于该炮射程近，容易遭到敌方火力反击，也可安装在特制的轨道炮车上，利用铁道机动发射，这次运到乌兰乌德前线的4门十四年式迫击炮中只有2门配装专用轨道炮车，另外2门只能采取基座发射方式。
亚俄战争时期遗留下来的8门三年式380毫米攻城迫击炮也运到了这里，这种老式巨炮全重69吨，相对十四年式却只能发射750公斤重的炮弹，射程5700米，性能已显落后，好在乌兰乌德要塞周边并非一马平川，总归还有第一集团军先前夺取的几处山岗高地可供这种大仰角高弹道的家伙躲在后边跨山发炮。
亚俄战争中大量使用的一年式305毫米重野战榴弹炮运来了24门，该炮全重36吨，发射350公斤榴弹时最大射程8公里，该炮一开始就被设计为具有一定机动性的野战重炮，既可以大群骡马或大马力拖拉机整体拖曳炮车，也可分拆成数十个部件由马车或轻型机动车载运，对后勤压力较小，是野战部队在远离铁路线时惟一可依赖的攻城重炮。
最引人注目的还是四门占用了整整十二列标准军列（四列载炮，八列载待发炮弹）的四年式305毫米列车加农炮，这种诞生于亚俄战争期间的远射重炮改装自海军战舰主炮，发射