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结合侦查情报与二十九军的作战经验，双方制定了周密的反击计划：定于7月21日拂晓发起进攻，目标直指日军独立混成第十一旅团的前沿核心阵地——沙河阵地；由机动反应旅炮营与机步营炮连负责首轮炮火覆盖，摧毁日军的火力点与炮兵阵地；随后，机动反应旅第一机步营担任佯攻，以战车集群正面冲锋，吸引日军主力与火力；与此同时，机动反应旅第二、第三机步营和二十九军两个团从左右两翼迂回，穿插至日军阵地后方，切断其退路；宋哲源派出麾下最精锐的一个团，配合机动反应旅的侧翼部队，巩固包抄阵地，防止日军突围；最后，呼叫李辰部署在保定、石家庄机场的轰炸机与战斗机，对日军纵深阵地与预备队集结点实施空袭，彻底瓦解日军的抵抗意志。
战役前的北平城郊，气氛紧张而肃穆。机动反应旅的士兵们对车辆、武器进行最后的检查保养：战车的履带被擦拭得锃亮，20毫米机炮与120毫米迫榴炮被装填到位，驾驶员熟悉着进攻路线，炮手校准着射击参数；士兵们擦拭着手中的步枪，腰间挂满手榴弹，脸上带着坚毅的神情，眼神中燃烧着杀敌报国的怒火。
宋哲源的二十九军士兵也受到极大鼓舞，他们看着机动反应旅的先进装备，听着战车引擎的轰鸣，原本因连日作战产生的疲惫一扫而空，纷纷请战，要求跟随机动旅一同冲锋。后勤部队则连夜忙碌，将弹药、油料、粮食源源不断地输送至进攻出发地，为战役做好万全准备。