鉴于上海的重要地位和影响，国民党方面制定了严密的防守体系。1949年4月26日，此时已经“下野”在家的蒋介石乘“泰康号”军舰，到达上海复兴岛，与国民党高级将领顾祝同、桂永清、周至柔、汤恩伯、林蔚、郭忏等研究部署防守上海战略，“并照预定方针，固守上海、厦门、广州各海口”。所谓预定方针即在蒋介石授意之下，由汤恩伯等人制定的江防守卫计划，早在1949年1—2月间在国防部召开的紧急会议上确立的方案：“大体是把我江防军主力集中于江阴以下，以上海为据点，集中防守。至于南京上下游，只留少数部队以为应付，简言之，便是守上海而不守长江。”至于蒋介石坚守上海的企图则为，依靠海陆空优势，“在上海打六个月到一年，以待国际形势变化，然后化内战为国际战争，在三次世界大战中捞本”。
为了“保卫大上海”，国民党在上海开展了疯狂的备战活动。
军事机构上，京沪杭警备总司令部于1949年3月间将总部从南京移至上海，其总司令汤恩伯直接指挥淞沪防务，在上海另设淞沪警备司令部和淞沪防卫司令部、政务委员会等机构。
淞沪警备司令部司令为陈大庆，主要负责“上海市区之警备、肃奸防谍、灾害预防”，统一指挥交警及宪警单位负责，并以两个师兵力，协助维持市区秩序，控制要道及要点，保护重要机关，及交通通信与机场、码头、桥梁之维护，并镇压暴乱。淞沪防卫司令部负责人为石觉，负责“统一指挥野战部队之作战行动”，另外特地设立政务委员会于上海，协同淞沪警备司令部，负责“政治、经济、社会、宣传等总体战之实施”，负责人为谷正纲。虽然设立了众多机构，但是据当事者回忆，整个上海战役，“从作战准备到战役进行，主要还是蒋介石亲自主持。在蒋介石‘引退’期间，有关上海备战重要问题，汤恩伯都是飞往溪口当面请示决定，而在四月下旬蒋介石‘坐镇’复兴岛以后，不但汤恩伯事无巨细一概秉命办理，有时甚至蒋介石直接指示和处理的事情，汤恩伯还有不知道的。”
兵力部署方面，解放军渡江作战之前，上海国民党守军有第37、52、75军，以及由江苏保安团改编的暂一军。4月20日渡江战役开始之后，汤恩伯将原打算增援江阴的第99军99师以及尚在杭州以东地区整训第12军（兵力约4个团）调拨上海，加强守备。具体布置为第52军、75军扼守沪西，第12军、37军扼守浦东。其中第52军、75军、37军、21军等为半美械装备，有着相当的战斗力。
上海战役中国民党军具体部署
同时，为了迟滞解放军攻击速度，命令渡江战役中已残破的第51军于宜兴附近、第21军于无锡附近、第123军于常熟和苏州吴江之线，占领上海外围阵地，迟滞解放军进军速度，同时一面收容残兵，一面利用公路、铁路巡回运输，逐次向上海集中。另令第54军在第51军掩护下，沿太湖西畔，快速向上海转进。这几个军于4月28日前后，陆续到达上海。由于是残兵，其中第21军、51军约各仅存四个团兵力。第54军损失一个团，兵力尚称完整，但由于是完全美式装备，堪称是上海各军中战斗力最强的部队。99师因为是新接手兵员，建制完整，战力较强。
海军方面，除了原定的海防第一舰队之外，还有从解放军炮火下溃逃出来的“永嘉”“营口”“联华”三舰。共计军舰13艘，小型登陆艇4艘，及江防炮艇11艘，海军总司令桂永清之旗舰“长治号”，也停泊在淞沪外海，亲临督战。
具体如下：
第一舰队司令旗舰：太和；
第一分队（3舰）：永兴、永宁、永清；
第二分队（2舰）：永泰、永嘉；
第三分队（3舰）：营口、咸宁、固安；
第四分队（4舰）：联球、联利、联铮、联华；
第五分队（即第一巡防艇队）：防艇8艘、炮艇3艘。
以上除第四分队分驻崇明岛及担任海上交通外，均分布于长江口外沿海，旗舰“太和号”停泊于吴淞口。
空军方面，解放军渡江后国民党空军改由江湾及大场为基地，主要用于轰炸江阴、常州、芜湖以及南京等处集结的解放军，轰炸京沪、京芜及浙、赣交通线。当时在沪之国民党空军，计有兵力5个大队及1个中队，辖各型飞机56架，其编组如下：
轰炸任务：
第一大队——B-25型轰炸机5架， F-26型机12架；
第八大队——B-24型机8架。(www.xing528.com)
战斗任务：
第三大队——F-51型机15架；
第五大队——F-51型机8架。
侦察任务：
第十二中队——F-51型机2架。
运输任务：
第十大队——C-47型机6架。
空军在上海战役中的主要任务为：“一、攻击渡江及已渡江之‘匪军’；二、轰炸京沪及沪杭铁路、公路，及芜湖亘广德间‘匪’补给线；三、掩护陆军转移，并侦察‘匪’我状况。”
国民党为了达到长久固守上海的目的，特别加强了弹药的储备；“除各部队按五个携行基数分发外，补给区另屯备各型重炮炮弹（含一五五口径）五万发，山野炮炮弹十万发，八一及八二迫炮炮弹五百万发，六〇迫炮炮弹十万发，重机枪弹五百万发，轻机枪弹一千万发，冲锋枪弹二百万发，枪榴弹五十万发，及手榴弹五十万枚”，“此外，另准备专供海、空军使用之榴霰弹、小型炸弹、汽油弹，及夜间用之照明弹，陆军并有重机枪用之红外线瞄准具一百具，与美、日式探照灯及照明弹，汽油则屯备一百万加仑”。粮食、弹药方面，“按照七个军及在沪海、空、联勤与特种部队总人数所需半年量准备”。
军队除了正式的海、陆、空部队外，还有交警7个总队、保警2个大队等武力。
1949年3月底，交警总局长马志超奉命指挥第2、第5、第6、第11、第12、第15、第18总队第一大队及上海市警第一、第二总队等部队，编成上海市中心区守备兵团，其任务为“占领市区坚固建筑物，维持治安，镇压暴动，策应郊区国军作战，如‘匪军’突入市内，则由交警担任作战”。
无论是兵力还是物资的储备，上海战役中的国民党部队可谓是兵力雄厚、粮秣充足。
为了能够“坚守”上海，国民党在上海大力构筑军事阵地。早在1948年12月间，已经开始构筑淞沪附郭地区坚固永久及半永久之工事。1949年1月间，汤恩伯在蒋介石的授意下，在淞沪地区构筑坚固的现代化防御工事，由其辖下的工兵指挥部会同淞沪警备司令部等机关成立上海工事构筑委员会负责实施构筑。该阵地以阎锡山在山西所筑阵地工事为蓝本，整个阵地将上海分为主阵地带、外围阵地带以及市区核心阵地三部分。
主阵地带，浦西方面，北起狮子林，向南经罗店、洛阳桥、北新浜、虹桥、龙华镇至黄埔江边。浦东方面，北起高桥向南经高行、庆宁寺、洋浜镇、塘桥镇、杨思镇至黄埔江边。主阵地带前沿一般距市区3公里至6公里，在纵深内部布子母碉堡群，每碉至少半个班或者一个班，或为永久性，或为半永久性，各主要碉堡群之间以交通壕相连接。主阵地带纵深内所有车站、飞机场、学校、工厂等重要处所及坚固建筑物，均构成抵抗据点。
外围阵地，浦西方面为浏河、嘉定、南翔、华曹镇、七堡镇、华浜镇之线；浦东方面为川沙、北蔡镇之线。
市区核心阵地，则利用高大坚固建筑结合街道碉堡工事分别构成抵抗据点，以国际饭店和百老汇分别作为苏州河南北两个指挥中心。
上海战役中国民党军修建的工事据点要图
资料来源：《“戡乱战史”·华东地区作战》（下）第八册，“国防部”史政编译局印，1984年，插图73。
上海这些工事，自1月下旬开始施工，昼夜赶筑，钢骨水泥工程由陆根记建筑公司承包，其余工程由军工及民工担任。至1949年4月下旬，永久工事骨干概已完成。淞沪主阵地全长约80公里，纵深8—15公里，计钢筋水泥堡垒4200座，所余野战工事及副防御工事，由防守之军队补充构筑。汤恩伯当时曾大肆吹嘘，说尤其在上海构筑的工事是攻不破、摧不毁的“钢铁阵地”，要使上海成为“斯大林格勒第二”。
国民党军在上海除了集结重兵、构筑工事以外，还采取各种措施激励士气、收揽民心。如开办高级人员作战训练班、颁布“十杀战令”、向各军派遣视察官分驻各军，实行“黑官晋实”“英雄馆”“军妓馆”等把戏，可谓无所不用其极。
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