Quân Pháp

Gồm khoảng 6000 quân do đô đốc Courbet chỉ huy, chia làm hai đạo đường thủy và đường bộ. Đường bộ do Trung tá Belin Algérie chỉ huy, quân số khoảng hơn ba ngàn người. Đường thủy do Đại tá Bichot chỉ huy có gần ba ngàn quân, một hạm đội và nhiều thuyền gỗ vận tải. Hai đạo quân này sau khi hành quân đến Gạch (một địa danh cách Sơn Tây khoảng 8 km) sẽ chấn chỉnh đội hình, nắm bắt thông tin rồi mới tấn công thành Sơn Tây. Quân Pháp còn cho thiết lập trạm trung gian tại Phùng để các máy móc điện tín của quân ở Sơn Tây liên lạc được với Hà Nội.

Quân Pháp thường dùng người bản sứ làm chỉ điểm, đặc biệt là vợ của những người lính bản xứ: Những người lính bản xứ bao giờ cũng di chuyển cùng với vợ của họ... Đối với chúng tôi, có những lúc họ còn là những gián điệp tuyệt vời, có khả năng báo cho chúng tôi biết về những ý đồ của quân địch và những tình hình khả năng của các làng.

Quân phòng thủ

Quân Cờ Đen gồm khoảng gần năm ngàn người, đóng trong thành trì Sơn Tây do Lưu Vĩnh Phúc chỉ Huy. Hoàng Kế Viêm chỉ huy khoảng năm ngàn quân đóng ở bên ngoài về phía tây nam của thành, tại làng Vân Gia.

Lợi dụng địa hình địa vật, quân Cờ Đen bố trí thành ba lớp phòng thủ chính:

• Lớp ngoài cùng gồm nhiều chiến lũy được dựng lên bằng những ụ đất và những cây tre. Ở phía bắc lợi dụng hai con đê quai quân Cờ Đen đã cho dựng nhiều chướng ngại vật.
• Để bảo vệ thành trì từ xa, những người xây thành đã cho đắp những tường thành bằng đất theo hình ngũ giác cao khoảng 3m xung quanh thị xã làm chiến tuyến phòng thủ vòng ngoài cho thành trì bên trong, mà sau này người Pháp gọi những phần bên trong bức tường đất này là thành phố. Bao quanh thành phố là tường đất và hào rộng đầy nước. Ở phía ngoài, một dẻo đất ngăn cách tường đất và hào nước, trên dẻo đất đó có trồng dày đặc tre làm hàng rào cao hơn tường tới một hai mét che chắn cho các lỗ châu mai bố trí trên tường.
• Cuối cùng là thành trì, trên mặt thành được bố trí những khẩu đại bác bắn qua lỗ châu mai, đặc biệt là phía Đông và phía Bắc của thành.

Lưu Vĩnh Phúc còn cho dán cáo thị: Trong chiến đấu, người nào chặt được đầu kẻ địch sẽ được thưởng như sau: thưởng 100 lạng cho một đầu người Pháp, nếu là sĩ quan thưởng thêm 20 lạng cho mỗi cấp. Để biết được người Pháp ấy có cấp bậc hay không, phải nhìn tay áo. Càng nhiều cấp phần thưởng sẽ càng lớn. Một đầu người lính da đen là 50 lạng. Một đầu lính bản sứ An nam 40 lạng...