马步芳回到兰州后，就开始对兰州会战的作战部署忙了起来。8月20日，马步芳在“三爱堂”主持召开了西北军政长官公署作战会议，进一步研究兰州会战的作战方针和作战部署。“三爱堂”即西北军政长官公署的办公所在地。“三爱堂”这个地名还是原西北军政长官张治中命名的。张治中解释说：“三爱堂，即爱兵、爱民、爱友军。我说的友军，就是解放军。”据说蒋介石知道后，十分生气大骂了张治中一顿。但是不知为什么，“三爱堂”这一地名却一直延续了下来。
会议一直开到深夜，最后确定其作战方针是：“以一部沿洮河、黄河的西岸守备，置主力于兰州附近。如敌来犯，凭天然地障与既设阵地顿挫敌攻势后，适时转移攻势，依西安绥署之协力，一举歼灭犯敌。”（《解放战争中的西北战场》（原国民党将领的回忆））
根据这一作战方针，马步芳对兰州会战作了具体的部署：
——以陇东兵团主力之第82、第129军及2个骑兵旅、1个榴弹炮营等部，共约5万人据守城区，其中以第82军的3个师分守兰州门户马架山、营盘山、沈家岭；
——以陇南兵团之第91、第120军和马鸿逵部第81军，共约3万人，配置在兰州东北的靖远、景泰及打拉池地区，以保障兰州之左翼安全，并相机侧击进攻兰州的共军；
——以新组建的韩起功之骑兵军约2万人，以临夏为基地，控制临洮、洮沙地区，以保障巩固兰州的右翼安全，并把守青海的大门。
会议以后，马继援和马步銮、谭呈祥、韩有禄、马振武及以马文鼎为首的作战参谋人员组成了阵地勘察小组，一同乘车循环山公路到皋兰山中央的营盘岭，对东面的主要阵地豆家山、古城岭、马架山、西兰公路以北的十里山，西边的沈家岭、狗娃山都察看了一遍。