根据台“国防部”的军令，海陆空三军司令部分别成立光明作业室、陆光作业室和擎天作业室，以协助完成“国光计划”。而三军作业室也有相应的执行任务部队，并将任务加以细化，其中陆军包括“光华”、“成功”和“武汉”作业室，“光华”负责反攻第一阶段的登陆作战，包括建立滩头阵地和立足战区等，而“成功”侧重于第二阶段的建立攻势基地，主要负责华南战区，“武汉”则是专门负责特种作战；海军有启明、曙明和龙腾作业室，“启明”主要是指63特遣部队，“曙明”指64地面部队，而“龙腾”是指金门防卫部和95、71特遣队；空军有“九霄”、“大勇”等作业室，分别指空军作战部和空降兵作战部。
据披露，“国光计划”包含“敌前登陆、敌后特战、敌前袭击、乘势反攻、应援抗暴”等五类26项作战计划、214个参谋研究案。据段玉衡将军回忆，由于美国力阻蒋介石“反攻大陆”，因此蒋介石提出，先持续三四天炮击，诱发炮战，蒋向世界宣布大陆向台湾挑衅，这便成为台湾发起“反攻大陆”的借口。然后，台空军开始反制作战，并在数日后展开登陆。蒋介石还声称，“美国协防条约中并没有规定不准我反攻”。此外，所有计划都详拟到师的任务层级。以“国光一号”为例，该计划分为三个阶段实施，第一阶段是建立滩头阵地，主要是以两栖作战方式，动用一个陆战师，由舰至岸运动，在将军沃突袭登陆；第二阶段是建立立足地区，根据后续部队的情况，计划动用8个步兵师，在30天内占领泉州至漳浦地区；第三阶段是建立攻势基地，又分为3案指导进行，大体是攻取漳平、龙岩后，或攻南平，或梅县、兴宁、潮汕，或先攻取南平再攻梅县等地，预计共动用14-16个师，在登陆90天内完成。
同时，为了验证反攻计划的可行性与有效性，国民党军队也进行了数次兵棋推演和实兵演练，包括紧缩装载、快速下卸、商船舣装、渡海测验、空降多载演练等。在国民党军队逃台后，士兵的数量下降，精神状态不佳，加之美援的武器装备并不能很好磨合演练，因此在军演中常常出现车毁人亡的事件，其中以1965年的惨剧为甚。1965年6月24日，在台湾左营桃子园外海进行了模拟登陆演习中，有多达5辆两栖登陆车被海浪打翻，数十人丧命。
该计划有严格的安保措施，据称当时“国光作业室”设有保防官，有特殊而严密的保密规定，即使同属一处的参谋，如果不是奉命参与同一计划的制订，也不能询问或打听相互承办的计划，所以相互之间根本不知道所研究的内容。
保蒋困蒋：美力阻“国光计划”实施
上世纪50年代，美国虽然与台湾签订《共同防御条约》，在台湾驻有军事顾问团，美海军的航空母舰在台湾海峡游弋，给予台湾大量的军援装备物资，并协助训练国民党军队。但是，美国出于自身战略利益的考量，坚决反对蒋介石反攻大陆，认为国民党反攻大陆不仅不可能成功，反而可能因此丧失台湾这块基地。
