Thực hiện chủ trương của Trung ương Đảng, ngày 13/9/1949 Bộ Tổng Tư lệnh giao nhiệm vụ cho Bộ Tư lệnh Liên khu 3 mở Chiến dịch Lê Lợi nhằm đánh tan hành lang thu đông của địch tại Hòa Bình, khai thông đường liên lạc của ta từ Liên khu 4 lên Việt Bắc, đập tan âm mưu lập xứ Mường tự trị, giải phóng một phần lãnh thổ, tạo điều kiện thuận lợi cho phong trào kháng chiến ở Hòa Bình, Liên khu 3, Liên khu 4 phát triển.
Chiến dịch chia làm hai đợt:
Đợt 1: từ ngày 15/11 đến ngày 25/11/1949.
Đợt 2: từ ngày 15/1 đến ngày 30/1/1950.
Bộ chỉ huy chiến dịch gồm:
Tư lệnh đồng chí Hoàng Sâm (Nguyên Tư lệnh Liên khu 3).
Chính ủy đồng chí Lê Quang Hòa (Chính ủy Liên khu 3).
Phó Tư lệnh đồng chí Lê Trọng Tấn (Trung đoàn trưởng Trung đoàn 209) và một đồng chí trong Bộ Tư lệnh Liên khu 4.
Nhưng đến cuối tháng 11 trước giờ nổ súng chiến dịch đồng chí Văn Tiến Dũng được chỉ định thay đồng chí lê Quang Hòa làm chính ủy.
Lực lượng tham gia chiến dịch gồm có 3 trung đoàn chủ lực (Trung đoàn 9, Trung đoàn 66, Trung đoàn 209), hai trung đoàn địa phương (Trung đoàn 12, Trung đoàn 48) và Tiểu đoàn 930 của Liên khu 10, một tiểu đoàn và hai đại đội pháo binh (Tiểu đoàn 750, Trung đoàn 66 và hai đại đội thuộc Trung đoàn 9 và Trung đoàn 209), ba đại đội công binh thuộc các trung đoàn chủ lực. Ngoài ra còn bộ đội địa phương, dân quân du kích và hàng nghìn dân công phục vụ.