По мере развития дипломатического конфликта начались и прямые советские военные приготовления. К лету 1940 г. в Прибалтике размещались следующие советские войска. В Эстонии находилось управление 65-го особого стрелкового корпуса, 123-й отдельный батальон связи, 11-й корпусной зенитный артдивизион, 16-я стрелковая дивизия, 18-я легкая танковая бригада, 5-й мотомеханизированный отряд, 414-й, 415-й автотранспортные батальоны. Особая группа ВВС в составе 35-го, 52-го среднебомбардировочных, 7-го, 53-го дальнебомбардировочных, 15-го, 38-го истребительных авиаполков и другие части. В Латвии были развернуты управление 2-го отдельного стрелкового корпуса, 10-й отдельный батальон связи, 86-й корпусной зенитный артдивизион, 67-я стрелковая дивизия, 6-я легкая танковая бригада, 10-й танковый полк, 18-я авиабригада в составе 31-го среднебомбардировочного, 21-го и 148-го истребительных авиаполков, 640-й автотранспортный батальон и другие части. В Литве располагались управление 16-го отдельного стрелкового корпуса, 46-я отдельная рота связи, 19-й корпусной зенитный артдивизион, 5-я стрелковая дивизия, 2-я легкая танковая бригада, 54-й среднебомбардировочный и 10-й истребительный отдельные авиаполки, 641-й автотранспортный батальон и другие части. Всего войска насчитывали 66 946 человек, 1630 орудий и минометов, 1065 танков, 150 бронемашин, 5579 автомашин и 526 самолетов129.
Согласно приказу наркома обороны № 0028 от 3 июня 1940 г., войска, размещенные на территории Прибалтики, с 5 июня исключались из состава ЛВО, КалВО и БОВО и переходили в непосредственное подчинение наркома обороны через его заместителя командарма 2 ранга А. Локтионова. В тот же день был издан Указ Президиума Верховного Совета СССР, согласно которому «в связи со сложной международной обстановкой» предписывалось «задержать в рядах Красной Армии красноармейцев 3-го года службы до 1 января 1941 г.» и «до особого распоряжения призванный… командный и начальствующий состав запаса». 4–7 июня 1940 г. войска ЛВО, КалВО и БОВО были подняты по тревоге и начали под видом учений сосредоточение к границам прибалтийских государств, одновременно в состояние боевой готовности были приведены советские гарнизоны в Прибалтике. 8 июня Локтионов получил приказ подготовить дислоцированные там советские авиачасти к возможным боевым действиям, усилить охрану аэродромов и подготовить их к обороне и приему посадочных десантов. Авиаполки должны были быть готовы к действиям по аэродромам и войскам противника и к перегруппировке на более защищенные советскими войсками аэродромы130.
Вечером 8 июня в г. Лиде состоялось секретное совещание командного состава поднятых по тревоге войск БОВО, на котором заместитель командующего войсками округа генерал-лейтенант Ф. Кузнецов (он же командующий 11-й армией) информировал собравшихся о «возможных действиях против Литвы». Там же 11 июня с 13 до 16 часов проходило новое совещание с участием накануне вступившего в командование войсками БОВО генерал-полковника Д. Павлова, изложившего план боевых действий и задачи войск, которые должны были нанести стремительное поражение литовской армии, не допустить ее отхода в Восточную Пруссию и за 3–4 дня занять Литву. Согласно боевому приказу № 002/оп от 12 июня войска 11-й армии совместно с частями особого 16-го стрелкового корпуса должны были окружить и уничтожить противника в районе Каунаса. Расквартированному в Литве особому 16-му стрелковому корпусу ставилась задача удержать районы своей дислокации, захватить основные мосты на реках Неман и Нярис и обеспечить высадку 214-й воздушно-десантной бригады в 5 км южнее железнодорожной станции Гайжуны, где предполагалось десантировать 935 человек. Совместно с частями 16-го стрелкового корпуса десантники должны были захватить основные объекты Каунаса, на аэродром которого было бы переброшено еще 475 десантников. Подготовку операции предполагалось завершить к утру 15 июня. 13 июня войсками была получена директива Политуправления РККА, которая должна была обеспечить политическое обоснование планируемых действий.