作为北平的一道屏障，国民党早已把天津作为集结重点，图谋在此与解放军决战。
天津战役前夕守卫天津的国民党军队有：第八十六军3个师，第六十二军2个师，第九十四军1个师，河北省2个保安师，天津市警备旅1个旅；临时增编的有第六十二军第三一七师和第九十四军第三○五师（人员武器不全），加上宪兵第四团、汽车兵团、警察等，共约13万余人。
天津市的碉堡工事始于日本侵占天津的时期。日军曾在天津市郊的主要交通要道构筑红砖碉堡，有的高及一丈多，有的低及数尺，大大小小总共有几十个，并在碉堡周围架设一层铁丝网。在1945年间，美军接替日军，加筑一些铁丝网。国民党军队接替美军后，更积极修筑碉堡工事。1946年间，国民党第九十四军在高碉堡驻有部队，又加筑一些鹿砦类障碍物。第九十四军军长牟廷芳曾拟订了修筑天津环城碉堡工事的计划，当时因为美军尚驻在天津未实施。到了1947年初美军撤走，第十一战区副司令长官上官云相在天津成立指挥所以后，催促天津警备司令部和天津市政府筹备构筑天津城防碉堡工事。上官云相焦急地说：“美军走了，天津地区平坦辽阔，没有坚固碉堡工事能守得住吗？我早年在江西‘剿共’时，所得经验教训太多了。”他并指定由天津警备司令部作出计划，天津市政府设法筹款。
这年夏间，天津市长杜建时、第六十二军长林伟涛及第十一战区长官部驻天津指挥所高参夏蔷等，根据天津警备司令部所预定的环城碉堡工事线位置图，加以侦察修正后，交由第十一战区副司令长官兼天津指挥所主任上官云相作出最后决定。
由于构筑天津环城碉堡工事规模巨大，需款也多，指定向天津市先筹集200亿元（法币），其中由天津市“四行两局”（中央银行、中国银行、交通银行、农民银行，中央信托局、邮政储金局）共筹100亿元；天津市银业公会和钱业公会共筹50亿元；天津市商会筹款50亿元，统由天津市政府负责主持筹集，交由天津市参议会负责监督管理开支。
后来因为200亿元法币还不够开支，再由天津敌伪产业管理委员会筹款50亿元，合共250亿元的巨额款项，用来做碉堡工事。
当时又为了迅速完成工事，由天津市政府工务局主持，按照各碉堡大小图型和护城河的宽深土方多少，进行投标雇工承包建筑；因此一个月左右的时间就基本上完成了天津环城碉堡工事线，长达42公里。挖了一道宽5米、深3米的护城河。内墙顶到河底高达7米，墙内每隔30米有一座碉堡。环城围绕一道铁丝网和电网，沿着护城河有大型碉堡380多座，连同市内纵深的碉堡先后完成共约1000多座。环绕天津市护城河放进运河河水和海河潮水，经常水深保持两三米。沿着环城碉堡工事线只留了8个门为出入交通，其余都围绕了铁丝网。每个大型碉堡都安装了电话，足够一班兵力的驻用。而且在护城河内墙各大型碉堡之间还构筑散兵坑掩蔽部和交通壕及马路，连贯一起，便于使用汽车运送人员、弹药、粮食的补给。原来天津市周围是广阔平坦的水网地带，可以四通八达的，自从构筑环市碉堡工事线以后，形成了天津城防形势。
在战事尚未迫近天津市郊的时期，只有在8个门来往交通，每个门都驻有警察和宪兵，检查行人和车辆，入夜闭门。其余地段筑有铁丝网和护城河，不易通行。
在1948年11月间，傅作义曾经派高参到天津塘沽分派轮船，先分批将原驻在北平、天津的军官家属老小专用轮船南运上海等地，再分批将张家口和北平的嫡系部队军属老小和后方主要人员用专用火车送到天津集中。当时驻满了天津旅店和部分学校宿舍，由天津警备司令陈长捷拨给米面供应食用。他们还认为天津市为大后方，又靠近海港，较易南逃。
但是，随着国民党节节败退，迅速失去了对华北战场的控制力。
12月11日，华北“剿总”总司令傅作义在平津交通被切断、北平形成孤立据点的情况下，欲进不能，欲退不得，处于完全被动的地位。于是依据北平、天津和塘沽的现存残余部队，最后对华北地区作出一个“防守”计划：指定北平为一个防守区，以第四兵团司令李文兼任司令；天津和塘沽为一个防守区，以第十七兵团司令官侯镜如兼任司令，陈长捷兼任副司令。又指定侯镜如兼任塘沽防守司令，第八十七军军长段法兼任副司令；天津警备司令陈长捷兼任天津防守司令，第六十二军长林伟涛和第九十四军军长郑挺锋兼任副司令。北平、天津、塘沽3个防守区约有50余万人，都在华北“剿总”傅作义统一指挥下作垂死挣扎。
同一天，陈长捷根据傅作义对平、津、塘的整个部署，立即召集天津各军长、参谋长和天津市长等开会。他首先指着地图报告了华北一般情况以后，就说：“我们要尽一切力量守住天津，因为天津物资丰富，是我们防守的最有利条件。但天津过去所做的城防工事线，范围太小，基础脆弱，没有时间来扩大加强，只能削足就履，已在主要地点加筑几十个洋灰碉堡。其他野战工事由各部队负责构筑，需要材料由本部征用统一发给；需要人力可以统一征用民工，由市政府协同办理。”
接着，陈长捷又说：“根据天津地形，我判断敌人主攻方向必然从天津北面宜兴埠、丁宁沽方向而来，那里没有河流，容易使用大兵团接近。现在共同研究如何防守及兵力部署。”
因为陈长捷首先作出主攻方向的判断，其他人们再没有说出什么。第六十二军参谋长莫汉英拿出两张天津地图，提出研究防守方案。
第一个方案，将天津市分为两个防守区的计划，以海河划分天津市为南防守区和北防守区，市中心为核心阵地区。第二方案，将天津市分为3个防守区，以新开河到大沽的海河为东北防守区，再由新开河至南开大学附近为西北防守区，又由南开大学附近至灰堆的海河边为南防守区，不守核心阵地区。接着陈长捷叫防守司令部副参谋长拿出一张天津防守兵力部署位置图，是分3个防守区，与第二方案大致相同。
最后陈长捷作出决定，将天津市分为3个防守区，并指定西北区以第六十二军担任，由陈长捷指挥；东北区以第八十六军担任，由刘云瀚指挥；南地区以第九十四军第四十三师担任，由陈长捷兼任指挥；其余部队为总预备队在耀华中学附近。
随后，会议谈到关于各部队修筑工事材料问题，决定由天津防守司令部统一征用物资分发。关于各部修筑工事增加人力问题，由防守司令部会同天津市政府统一分区征用民工分发。关于城防线前拆房子问题，由防守司令部和天津市政府联合出布告限令居民迁移拆毁。关于每天晚上7时在防守司令部开会的问题，陈长捷指定各军部的军长、副军长、参谋长3人，每晚派一人轮流参加；各师部的师长、副师长、参谋长3人，每晚派一人轮流参加；防守司令部各处长和必要人员等参加。还指定各部队将每天做工事和战况在开会时分别报告，同时各部队每天所需要多少材料和需要多少民工等在会中提出数量以便统筹分配。陈长捷还说到，所有必要命令在会中宣布，不另行文，以求迅速。
12月12日，天津各军接着开会立即分配各师的防守地区，各师开会立即分配各团的防守地区，各团立即分配各营的防守地区。在最短期间，要求各部队迅速进入防守区的位置。指定以天津环城碉堡工事线为主阵地线，向主阵地前加筑各营和各连的碉堡群据点，构筑交通壕、铁丝网、鹿砦，并进行扫清射界拆毁房子，由近及远，限令居民迁出，拆下木料做工事掩盖和木桩使用。其他的高粱秆和茅草不需要的用火烧毁，来不及拆的茅草房也用火烧掉，弄得烟火冲天，祸及人民，露宿街头者到处皆是。
各军的各级军官经常在防守地区亲自督促加强工事，防守司令部每天每时派出高参到各防守区巡回检查监督。
在加强工事期间所征用物资，主要的是木材，先由防守司令部派员兵将天津市木行商店所有木材一律查封，分发各军搬用，数量之多是无法估计的。所需有刺铁丝和无刺铁丝都由防守司令部强迫工厂制造统筹发给。在每晚防守司令部会议中，除交换情报和报告施工情形及传达命令以外，又根据各军所要求发用的一切材料数量，应有尽有征用发给，为数甚巨。
为了能有效阻止解放军的进攻，陈长捷曾派员清查仓库，所有枪炮、弹药及器材尽量发给各军使用，并发现美军撤走时，留下美制抛射地雷约有几千个（当时没有人会使用，经过召集所有工兵人员研究使用方法后，才发给各军在天津城防阵地前层层埋设），连同兵站发给的自制地雷，数以万计，构成宽达几十米、长达环城42公里的地雷区。在主要道路、主要阵地前更多埋设地雷，还在土堤和山坟的反斜面都埋设地雷，以杀伤解放军。美制的抛射空炸地雷触发时，抛出地面约一米多高然后爆炸，杀伤面积较大，当时听说有小狗在地雷区来往，触及抛射地雷，炸死了好几条。
天津战役的国民党以环城碉堡工事线为主阵地线。城防线前缘有一条宽10米、深3米的护城河，并构筑屋顶型和半屋顶型的铁丝网3道，以及几层鹿砦和木桩。在城防线与护城河之间架设一条电网，分区以电力开关施电。又在城防线前构筑一连串的碉堡群的据点，贮备大量粮弹和饮水，架设电话通讯网。
不仅如此，天津守敌原计划把城防线前变成泛滥地区。在天津西营门监狱附近，将南运河筑一条拦河坝，提高水位蓄水；一方面把护城河水保持提高3米以上深度，另一方面将南运河两侧造成泛滥地区，使水深及膝，低洼地区泛滥广宽延及几百米。后来因南运河流水忽然减少，泛滥计划才未能实施。当时不明原因，随后得知解放军把静海县以南的唐官屯水闸开放，使南运河的水流入碱河出海去了。原拟计划还有，在必要时把天津海河上游的子牙河边自来水蓄水池打开，放水泛滥铁路两侧地区，后因顾虑天津食水关系没有实施。
