与怛罗斯等战役不同，大非川之战是唐朝精心策划的一场战役，在薛仁贵出发前，唐朝已经做出了一系列的部署，配合薛仁贵的主力军作战。唐高宗十分强硬，打算彻底消灭吐蕃这个祸害，首先是政治层面，他封诺曷钵为青海王，打算利用这位吐谷浑君主的影响力，得到吐谷浑旧地人民的支持。
随后唐朝开始两个方面的战略布置，钦陵所率领的主力军在安西等地，号称有四十万的大军。有关吐蕃军队的人数，确实是很难推测，吐蕃这个国家实行部落兵制度，兵民一体，因此他们在与唐朝的战争中经常能动员众多的军队。吐蕃军队里面民夫辎重队是相当少的，吐蕃人的打仗往往只带几天的粮食，他们没有后勤运输的习惯。因此钦陵的军队确实有着人数众多的战斗人员，唐朝看准了吐蕃布置的问题，薛仁贵兵出鄯州，直奔青海西藏地区。
唐军这一招非常正确，只要能快速拿下吐谷浑地区，就等于把钦陵的大军和吐蕃分成两截。唐军既可以打击仓促回军的钦陵，也可以趁着吐蕃空虚直取他们的腹地，这一切的前提是不能让钦陵军队快速回来，唐高宗在西面让阿史那忠与阿史那都支的军队牵制钦陵的主力，不让他回援。
而薛仁贵考虑到远程作战的问题，坚定了速战速决的念头，《旧唐书》记载：军至大非川，将发赴乌海，仁贵谓待封曰："乌海险远，车行艰涩，若引辎重，将失事机，破贼即回，又烦转运。彼多瘴气，无宜久留。大非岭上足堪置栅，可留二万人作两栅，辎重等并留栅内，吾等轻锐倍道，掩其未整，即扑灭之矣。
薛仁贵的布置主要有三点：第一是让郭待封留守大非岭，配置有一万五的辎重部队与五千战士，依托山岭地形设置结寨布置防御工事。第二是他所率的主力军队，奔袭河口，这里是吐蕃军队的重要牧场，有着大量的战备资源。
