Перед лицом абсолютно подавляющего численного преимущества турок русско-болгарские отряды отошли с южных отрогов Балкан. Теперь между Шипкой и турецкой полевой армией никого не оставалось.
Непосредственно обороной перевала руководил генерал-майор Столетов, организатор болгарского ополчения. Его маленькому отряду предстояло противостоять шестикратно превосходящему неприятелю. Некие преимущества русским давала разве что позиция: наши войска занимали крутые холмы, удобные для обороны. К тому же турки, уходя с перевала после предыдущей схватки, любезно бросили несколько прекрасных крупповских пушек, которые русские и болгары также использовали по назначению. Трофеи вообще сыграли серьезную роль в повышении огневой мощи отряда Столетова: по меньшей мере 9 пушек имели турецкое или германо-турецкое происхождение.
В каменистой почве было крайне сложно выдолбить окопы, к моменту начала боев их так и не углубили дальше 30 см. Русские компенсировали эту проблему, наваливая из камней брустверы. Тем не менее эти редуты оставались сомнительной защитой от пуль. Тем более что крупные резервы спрятать было негде. Надо отметить, что перевал, несмотря на все преимущества, создавал и определенные проблемы своим защитникам: он представлял собой вытянутый в южном направлении примерно на 10 км кряж, по которому проходила дорога. Таким образом, защитники перевала изначально оказывались охвачены.
Столетов, однако, весьма искусно организовал систему огня на высотах. Подходы перекрывались с расчетом на перекрестный обстрел, стрелки расположились в два яруса, а артиллерию установили так, чтобы бить над головами пехотинцев. Некоторые участки минировали.
В тылу у русских находились основные силы корпуса Радецкого. Командующий корпусом понимал, что у него просто нет сил для того, чтобы одинаково хорошо защитить пространство в 120 верст, назначенное ему для обороны, поэтому оставил заслоны слабыми повсюду, но выделил сильный резерв в треть общей численности своего войска с тем, чтобы прислать его на атакованный участок. Можно смело утверждать, что это наиболее разумный образ действий: угадать, где именно атакует противник, было мудрено. Однако свой недостаток у плана Радецкого тоже имелся: атакованный отряд неизбежно оказывался в величайшей опасности и должен был защищаться от одного до двух-трех дней в одиночку, пока не придет помощь.
Предвестником турецкой атаки стали толпы болгарских беженцев. При виде наступающей орды Столетов отправил Радецкому телеграмму: весь корпус Сулейман-паши, видимый нами как на ладони, выстраивается против нас в восьми верстах от деревни Шипка. Силы неприятеля громадны; говорю это без преувеличения; будем защищаться до крайности, но подкрепления крайне необходимы.