Cứ điểm Ba Gia nằm trên đồi Gò Cao (Tịnh Đông) liền kề phía tây thị tứ Ba Gia (xã Tịnh Bắc) án ngữ phía tây Sơn Tịnh, chốt chặn tuyến tỉnh lộ 5 (nay là Quốc lộ 24B) từ thị xã Quảng Ngãi qua Sơn Tịnh tới Sơn Hà. Đóng giữ cứ điểm này là tiểu đoàn 1 (thuộc trung đoàn 51) của Quân lực VNCH. Ngoài ra, QLVNCH còn bố trí tiểu đoàn 2 và 3 (thuộc trung đoàn 51) đứng chân tại thị xã Quảng Ngãi và Châu Ổ (huyện lỵ Bình Sơn); 2 tiểu đoàn biệt động quân 37 và 39 thuộc lực lượng cơ động sẵn sàng ứng cứu.[8][9]

Về phía Quân Giải phóng, lực lượng tham gia chiến dịch ở giai đoạn 1 gồm chủ lực Quân khu 5 là Trung đoàn 1 bộ binh[10] với ba Tiểu đoàn 40, 60, 90, được tăng cường tiểu đoàn 45 độc lập trợ chiến hỏa lực, phối hợp với lực lượng của tỉnh đội Quảng Ngãi gồm tiểu đoàn 48, 83 bộ đội địa phương và dân quân du kích các huyện.

Trung đoàn 1 bộ binh QGP đảm nhận hướng chủ yếu (hướng Tây Bắc): bắc sông Trà Khúc và tây Sơn Tịnh, do trung đoàn trưởng Lê Hữu Trữ [2] chỉ huy. Đêm 27/5/1965, trung đoàn 1 QGP hành quân từ Quảng Nam về Quảng Ngãi và ém quân vào nhà dân ở các vị trí tác chiến xung quanh đồn Ba Gia: tiểu đoàn 45 ở Tịnh Bình phía bắc, tiểu đoàn 40 và tiểu đoàn 60 ở Tịnh Sơn phía đông, tiểu đoàn 90 ở Tịnh Minh phía nam. Tiểu đoàn 90 điều một đại đội sang phục kích ở núi Khỉ (còn gọi là núi Chợ, núi Bìn Nin), Tịnh Sơn.

Tiểu đoàn 48 tỉnh đội đảm nhiệm hướng phối hợp (hướng Đông Bắc): đông Sơn Tịnh và Bình Sơn, ngăn không cho tiểu đoàn 3/51 QLVNCH cơ động từ Bình Sơn xuống phía nam ứng cứu giải tỏa.

Tiểu đoàn 83 tỉnh đội đảm nhiệm hướng thứ yếu (hướng Nam): nam Sông Vệ, tây Mộ Đức và Nghĩa Hành, cầm chân tiểu đoàn 37 BĐQ ở nam thị xã Quảng Ngãi, không cho cơ động lên phía bắc.