Một thời gian trước cuộc tiến công, nhằm tăng cường sự chỉ đạo phong trào đấu tranh, chuẩn bị lực lượng cho tổng phản công. Ngày 12 tháng 2 năm 1950, Chính phủ nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa đã ra quyết định hợp nhất tỉnh Vĩnh Yên với Phúc Yên thành tỉnh Vĩnh Phúc. Các khu vực kiểm soát của Việt Nam Dân chủ Cộng hòa (vùng tự do) tại Vĩnh Phúc trở thành hậu phương trực tiếp cho chiến dịch Trần Hưng Đạo.[9][10]

Lực lượng tham gia chiến dịch bên phía VNDCCH bao gồm: Đại đoàn 308 (với 3 trung đoàn 102, 88 và 36), Đại đoàn 312 (dự kiến tổ chức thành lập chính thức trên cơ sở 2 trung đoàn 209 và 141), hai trung đoàn độc lập của Bộ Quốc phòng là trung đoàn 98 và trung đoàn 174, 4 tiểu đoàn bộ đội địa phương và 4 đại độipháo binh 75 ly. Tổng cộng là 27.638 chiến sĩ.

Số dân công thường trực của Chiến dịch là 27.658 người, số dân công huy động từng đợt là 272.259 người. Chuẩn bị sẵn được 4.960 tấn lương thực và 416 tấn vũ khí.

Công tác Quân y đặc biệt được chú trọng, từ ngày 16 tháng 4 năm 1946, Cục Quân y thành lập do Đại tá Vũ Văn Cẩn làm Cục trưởng. Mỗi trung đoàn được phối thuộc từ 250 đến 300 dân công làm nhiệm vụ tải thương. Các trường trung cấp, sơ cấp quân y tạm thời nghỉ học: 10 bác sĩ, 91 y sĩ, dược sĩ và 264 y tá được điều ra chiến tuyến.[11][12] Tuy đã nỗ lực nhưng cơ sở vật chất của Quân y Việt Nam trong chiến dịch này khá thiếu thốn, chưa kể một phần bị tổn thất do gặp phải quân Pháp thua chạy tấn công.[13]

Về phía quân đội Pháp, lực lượng quân sự đóng ở ba tỉnh trung du Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang có 14.806 lính, bao gồm 9.326 lính Âu-Phi, 5.480 lính người Việt, thổ phỉ và lính Quân đội Quốc gia Việt Nam theo chính quyền Bảo Đại.

Trung du Bắc Bộ lại được chia làm ba phân khu: phân khu Bắc Giang dọc sông Cầu Lộ theo đường số 13 và đường số 1. Bố trị binh lực có khoảng 5.400 lính Âu-Phi, 1.300 lính dõng. Phân khu Bắc Ninh - 3.300 quân Âu-Phi, 1.800 lính dõng. Pháo có bốn khẩu 75 và 105. Phân khu Vĩnh Phú - 2.400 lính và 1.900 lính bảo an, lính dõng.[14]

Binh đoàn cơ động số 3 (GM3) là một binh đoàn mạnh đóng ở Việt Trì, Vĩnh Yên. Các binh đoàn cơ động khác đóng ở Bắc Ninh, Gia Lâm, Bắc Giang, Hải Dương, Đông Triều có thể nhanh chóng can thiệp.[15]