东北三省幅员辽阔，物产丰富，是我国反抗外敌入侵的战略要地。沙俄对我国东北地区的侵略扩张由来已久。十九世纪七十年代以后，沙俄政一府为了满足资本主义的发展和封建贵族向外扩张的需要，进行了一系列的军事改革：规定沙皇为俄军的最高统帅，陆军大臣负责指挥全军的作战和训练；全国实行普遍义务兵役制，降低士兵服役年龄，扩大新兵来源；改进士兵训练和军官培训制度，提高官兵素质；在全国建立十五个军区，加强平时对军队的训练和战时对军队的指挥；整顿陆军体制，一精一简非战斗部队，将野战部队和炮兵各增加60％；改进和统一军队的装备，使用射程为两千米的纳甘特步槍和马克沁机槍，统一了野炮、骑炮、野战臼炮的形制，海军舰队也得到了加强。至十九世纪末，沙俄已发展成为一个极富侵略一性一的军事封建帝国主义国家。中日甲午战争以后，我国东北地区进一步成为沙俄推行其向远东侵略扩张政策的重要目标。在侵略我国东北地区的步骤上，沙俄当时有两种主张：以陆军大臣库罗巴特金和外交大臣穆拉维约夫为代表的封建军阀、贵族和军事工业资本家，主张直接进行军事占领；以财政大臣维特为代表的新兴工业垄断资本家和金融资本家，则主张以经济掠夺手段实现最终征服。沙皇政一府综合两种主张，决定采取双一管一齐一下的侵华政策。
1896年，沙俄以联合德、法干涉日本还辽“有功”，诱迫清政一府与之签订《中俄密约》和《中俄合办东省铁路公司合同章程》，攫取了西伯利亚大铁路中国段（中东铁路）的建筑权。这条铁路通过黑龙江、吉林两省，直达海参崴（今苏联符拉迪沃斯托克），不但便于沙俄对我国东北地区进行经济掠夺，而且便于军事侵略。维特当时就露骨地宣称：有了这条铁路，俄国就能在任何时间内，在最短的路线上，把自己的军事力量运到海参崴及集中于满洲、黄海海岸及离中国首都的近距离处，并促进附属于中国的部族和俄国接近。①1898年3月，沙俄又通过《旅大租地条约》，取得了从哈尔滨经宽城子（今长春）、奉天（今沈一陽一）至旅顺、大连的中东铁路支线筑路权。同年5、6月间，沙俄大批铁路员工进入我东北三省，并从山东、直隶及当地雇用二十多万中国民工，分十九个工区，开始全线修筑铁路。通过筑路，沙俄得以派遣各种人员，搜集东北三省的政治、经济、军事情报。同时，又以“护路”为名，向铁路沿线派遣了六千余名武装“护路队”。此外，还在哈尔滨设立有二千五百余人驻守的铁路警备司令部。
为适应侵略战争的需要，沙俄在抢修中东铁路的同时，又采取镑种手段，控制东北地区的内河航运、公路交通以及外海通路。当时，东北三省的额尔古纳河、黑龙江、乌苏里江、松花江等主要河流及其支流的航运，几乎均被沙俄所垄断。沙俄“阿穆尔汽船公司”拥有各种运输船三百余艘。其中有专为适合松花江航行而建造的汽船；有由十三艘大型汽船组成的运载量达一万五千余吨的海上运输队。1900年4月，中东铁路千余公里的路基和大部分铺轨工程已经完工，中东铁路支线除中段二百余公里外，也已竣工。至此，沙俄几乎完全控制了我国东北地区的交通命脉，为战时运送兵员和军需物资创造了条件。①
为了实现鲸吞我国东北三省的野心，沙俄还加紧进行大规模入侵的军事准备。自中日甲午战争以后，沙俄在我国东北边境地区的兵力日益增加，到1900年6月初，统辖黑龙江以北、乌苏里江以东大片地区的沙俄阿穆尔军管区，已有兵员九万八千余人，马一万五千余匹。②除要塞及留守部队外，这些部队大部驻扎于我国东北三省当面的俄国各边境城镇，如海参崴、双城子（今乌苏里斯克）、伯力（今哈巴罗夫斯克）、海兰泡（今布拉戈维申斯克）、赤塔等地，直接窥视和威胁清军行动。
与此同时，沙俄还加强了旅顺军港的建设，使其成为具有一定独立作战能力的军事基地。至1900年7月初，沙俄驻旅大兵力达两万三千三百余人，游弋于黄海、渤海的各种钢铁军舰达四十一艘，水雷艇三十艘，控制了从黄海经朝鲜海峡及日本海抵海参崴的通路，沟通了南北各据点间的联系。
从1900年6月初开始，沙俄最高当局即密切注视着我国直隶地区义和一团一运动发展的趋势，寻找进攻我东北三省的时机和借口，同时加紧进行战争准备。6月8日，沙俄政一府宣布关东一带进入战争状态，命令军队作好临战准备。6月15日，陆军大臣库罗巴特金命令驻伯力的阿穆尔军事总督格罗杰科夫中将，制订进攻东北义和一团一及清军的作战计划。6月17日，八国联军侵占大沽，沙皇尼古拉二世便于6月23日宣布，首先在阿穆尔军管区进行战争动员，全区进入战争状态，并立即编组先遣军。接着，在沙俄亚洲部分的西伯利亚、土耳克斯坦军管区以及欧洲部分的某些地区进行战争动员。7月6日，尼古拉二世宣布自任俄军总司令，陆军大臣库罗巴特金任总参谋长。不久，沙俄陆军部下令将原驻阿穆尔地区的西伯利亚军改编为西伯利亚第一军，并将新征调的部队进行统一编组和部署：
西伯利亚第一军：集结于旅大、海参崴。作战部队约三万四千三百余人，计有步兵四个旅（共三十二个营）、骑兵十四个连、工兵一个营又一个连、炮兵两个营又六个连（装备各种火炮九十六门）。
西伯利亚第二军：集结于伯力。作战部队约三万六千二百余人，计有步兵四个旅（共三十二个营）、骑兵一个混成师（共二十七个连）、工兵一个营（一说一个营又两个连）、炮兵两个营又七个连（装备各种火炮九十门）。
西伯利亚第三军：集结于赤塔、涅尔琴斯克（原尼布楚）等地。作战部队约三万一千三百余人，计有步兵四个旅（共二十八个营）、骑兵一个师（共二十五个连，其中有一个装备六门炮的骑炮连）、工兵四分之三个营、炮兵九个连（装备各种火炮七十门）。
登陆军：集结于海参崴、双城子。作战部队约三万三千七百余人，计有步兵四个旅（共三十二个营）、骑兵十三个连（一说十一个连）、工兵一个营又一个连、炮兵三个营又一个连（装备各种火炮七十八门）。
以上共有作战部队约十三万五千余人，火炮三百二十八门。此外，各要塞和军区尚有留守部队四万余人。
7月14日，八国联军攻占天津。清廷因京城危急，已无力顾及东北三省的危局。沙俄陆军部抓紧这一时机，分别于7月18日和22日（俄历7月5日和9日）致电在伯力的格罗杰科夫和在旅顺的阿列克谢也夫，指示俄军三路从北部（铁岭以北，含吉林、黑龙江省）、一路从南部（盛京省）进攻中国东北地区：北部由西伯利亚第二军、第三军及登陆军一部担任主攻，司令部设于伯力，阿穆尔军事总督格罗杰科夫中将任总指挥；南部由西伯利亚第一军及登陆军一部担任主攻，司令部设于旅顺，关东省（沙俄擅自设立）总督阿列克谢也夫海军中将任总指挥。沙俄陆军部作战指示的要点是，多路出兵，攻取齐齐哈尔、哈尔滨、吉林、长春、奉天等重要城市，以实现分进合击、速战速决，迅速夺取东北三省的战略目的。经格罗杰科夫和阿列克谢也夫建议对上述方案作某些调整，沙俄陆军部最后决定按下述五路部署进攻：
西北路：以集结于赤塔、涅尔琴斯克的西伯利亚第三军一部为主力，越过阿巴该图，向东南进攻呼伦贝尔（今海拉尔市）、齐齐哈尔，尔后会同北路俄军及东北路俄军一部，向吉林、奉天推进。
北路：以集结于海兰泡的西伯利亚第三军一部为主力，渡过黑龙江，向南进攻瑷珲（今一爱一辉南）、墨尔根（今嫩江）、齐齐哈尔，尔后会同西北路俄军及东北路俄军一部，向伯都讷（今扶余）、长春推进。
东北路：除派兵一部支援海兰泡俄军作战外，以集结于伯力的西伯利亚第二军为主力，沿黑龙江、松花江水路，向西南进攻三姓（今依兰）、呼兰、哈尔滨，与“护路队”里应外合攻占哈尔滨后，分兵一部向东进攻宁古塔（今宁安），另一部向西助攻齐齐哈尔，尔后会同西北路和北路俄军，向吉林、奉天推进。
东南路（分两个方向进攻）：一部以集结于双城子、海参崴的西伯利亚第一军及登陆军为主力，向西进攻牡丹江、叶河宁古塔；另一部从克拉斯基诺出发，向西进攻珲春、鄂摩和。尔后合力向吉林、奉天推进。
南路：以集结于旅大的西伯利亚第一军和登陆军一部为主力。一部从水路进攻营口（今营口市）；另一部从陆路进攻熊岳、盖平（今盖县）。尔后向辽一陽一、奉天推进，并在铁岭同北部战场的四路俄军会合。
在部署上述五路进攻的同时，沙俄政一府又向我东北三省铁路沿线增派“护路队”，使其由原来的六千余人增至一万一千人，借以牵制东北三省清军的行动，策应各路俄军的进攻。