Theo GS. Trần Văn Giàu, kế hoạch hành binh của quân Pháp như sau:

• Dàn đại bác theo phòng tuyến các chùa, chiến thuyền đậu từ sông Rạch Cát qua sông Bến Nghé và sông Thị Nghè, tất cả đều nhắm vào Đại đồn.
• Đại quân bộ sẽ từ chùa Cây Mai đánh bọc phía tây nam, là phía yếu nhất của Đại đồn, cắt đứt Đại đồn với kho lương ở Thuận Kiều, và dồn quân Việt chạy về phía sông Gò Vấp để chặn đánh.
• Bố trí chiến thuyền ngăn viện binh từ Biên Hòa xuống, và ngăn quân Việt rút chạy lên đó.
• Thủy quân ở cánh đông bắc cùng bộ binh ở cánh tây nam sẽ bao vây và tiêu diệt đại quân Việt trong khoảng giữa ba sông, là Thị Nghè, Gò Vấp và Bến Nghé.[5]

Trung úy Hải quân Pháp Léopold Pallu, sĩ quan tùy viên Tổng hành dinh của tướng Leonard Charner và là người trực tiếp tham dự trận đánh, sau này đã kể lại trong sách của mình[6] đại để như sau:

• Mấy ngày trước khi giao chiến, Đề đốc Hải quân Leonard Charner đã giao cho Đại úy Hải quân De Surville điều khiển các chiến hạm neo dọc sông Sài Gòn. Trung tá Crouzat thì được lệnh tìm đường tiến quân, và sau khi tìm được lối đi phía bên trái đồn Cây Mai đã cho hai đại đội lính đến san phẳng, dưới hỏa lực của quân đối phương.
• Trên bộ, các đội lính viễn chinh khác bố trí dọc theo sông Đồng Nai để cầm chân quân Việt...
• Sau khi tất cả các cánh quân đã được bố trí xong, vị Tổng tư lệnh là tướng Charner liền quyết định thời điểm tấn công Đại đồn Chí Hòa là ngày 24 tháng 2 năm 1861.