日军不相信有自己办不到的事情，下决心要摧毁兰州的中国空军力量。1939年1月底，他们把陆军第一飞行团调到山西运城。为了隐蔽攻击兰州的企图，这个飞行团于2月6日派出服部武士的第九十八机队轰炸洛阳，田中友道的第六十机队轰炸西安。这两个机队在9日又轰炸了宝鸡市西北约一百三十公里的平凉等地。
7日，日军第一飞行团集结完毕，下达了攻击兰州的命令，确定作战时间为11日，这是大约两千五百八十年前日本第一代皇帝神武天皇登基的日子。但是这一天天气不适，日军只好将攻击日期顺延一天。日军明确下达了作战任务，主攻目标为兰州东机场，预攻目标为兰州市区。日军指挥员提醒飞行员：兰州地区驻有大约七十架中国战斗机，各机群要做好大打空战的准备，务必歼灭中国的作战飞机。日军担任攻击的机队，河岛庆吾的第十二机队包括九架意大利菲亚特重型轰炸机，田中友道机队包括十二架九七式重型轰炸机，服部武士机队包括八架意大利菲亚特重型轰炸机。
为了达成预定的轰炸密度，日军的每一架意式轰炸机都载有六枚五十公斤级的爆破弹，每一架九七式重型轰炸机都载有十二枚五十公斤级炸弹。
为策应轰炸机作战，今川一策的第五十九战斗机队，主力担任运城机场的防空，其余战机与轰炸机队同时起飞，在轰炸机航线南侧的西安和宝鸡地区，牵制中国的空军机队。
