Оборонительные работы вокруг города были начаты 20 октября. На работы было мобилизовано население Тулы; работами руководили начальники оборонительных участков – первые секретари райкомов ВКП(б).
25 октября 1941 года на заседании обкома ВКП(б), в присутствии Заместителя Командующего и члена Военного Совета Брянского фронта, был уточнен план оборонительных сооружений. Всего создано было три линии обороны:
Первая – на подступах к Туле – состояла из полевых фортификационных сооружений обычного типа (окопы, минные поля, противотанковые рвы и пр.).
Вторая и третья линии обороны представляли систему баррикад из дерева, шлакобетонных камней, металлолома и других подручных материалов. Баррикады прикрывались надолбами.
Вторая линия проходила в основном по улицам Льва Толстого и Технической, а третья – от железнодорожного моста до Хомутовской улицы. Для противотанковой обороны использовалась часть артиллерии 732-го полка ПВО. Работы производились непрерывно, несмотря на действия самолетов противника, огнем которых несколько человек было убито и ранено.
Созданный решением Государственного Комитета Обороны городской комитет обороны под председательством первого секретаря обкома ВКП(б) т. Жаворонкова принимал деятельное участие в руководстве постройкой оборонительных сооружений, работой заводов по ремонту и производству вооружения для частей Красной Армии, эвакуацией оборудования и материальных ценностей промышленных предприятий и населения, формированием Тульского рабочего полка и многими другими мероприятиями обороны города. Идя навстречу мероприятиям армейского командования, городской комитет обороны принимал самые энергичные и срочные меры по ремонту танков, бронепоездов, материальной части гвардейских минометных частей, автомашин и другой боевой техники. Мобилизовав городской транспорт, комитет помогал им армии, а также восстанавливал по просьбе штаба 50-й армии постоянные линии связи, улучшал дороги в нужных местах, изготовлял необходимый для инженерных работ шанцевый инструмент.
К началу наступления немцев на Тулу в городе был сформирован Тульский рабочий полк. Формирование боевых единиц из тульских рабочих началось еще в июне 1941 года, когда по решению Тульского обкома ВКП(б) от 26 июня начали создаваться истребительные батальоны, отряды ополченцев и боевые дружины в Туле и районах Тульской области.
В городе было создано 19 батальонов общей численностью 2100 человек. Батальоны были разбиты на роты, взводы, отделения и немедленно приступили к обучению без отрыва от производства. Начальствующий состав выделялся из командиров и политработников запаса, отлично показавших себя работой на заводах и предприятиях.
В процессе обучения батальонов особое внимание уделялось умению вести борьбу с танками, бросать противотанковые гранаты и бутылки с горючей смесью. Боевая учеба батальонов продолжалась до октября 1941 года.
Из кадров личного состава истребительных батальонов по решению городского комитета обороны от 23 октября был сформирован Тульский рабочий полк, куда вошли и многие бойцы бывших ополченческих отрядов и рабочих боевых дружин. К 27 октября численный состав полка доходил до 980 человек.
27 октября полк согласно приказу городского комитета обороны и начальника гарнизона занял рубеж обороны по южной окраине Тулы (от высоты 225,5 до Воронежского шоссе), левее 156-го полка НКВД, и отражал первые удары немецких танков и мотопехоты с 29 по 31 октября. Впоследствии, в декабре, этот полк вошел в состав армии и перешел на все виды довольствия органов Народного Комиссариата Обороны.
Еще в конце августа 1941 года по инициативе руководящего состава железнодорожного узла Тулы было решено своими средствами построить бронепоезд. Обком ВКП(б) поддержал эту инициативу, и в сентябре 1941 года была начата постройка бронепоезда, которая была закончена в октябре. Бронепоезд под названием «Туляк» был передан в армию и принимал участие в обороне Тулы.
Работа предприятий на нужды обороны
В оставшихся после эвакуации цехах тульских заводов в дни обороны Тулы была развернута производственная и ремонтная база, работавшая на нужды армии. На заводе № 66 ремонтировалось стрелковое вооружение и производились 82-мм минометы, на заводе № 176 ремонтировались танки, на заводе № 314 исправлялось стрелковое оружие, на заводе № 187 изготовлялись 37-мм минометы.
Оставшееся после эвакуации оборудование заводов ремонтировалось, перераспределялось между заводами и пополнялось путем передачи оборудования из мелких промышленных предприятий. Партийные организации приложили все усилия, чтобы собрать кадры рабочих для обслуживания ремонтных и производственных баз.