进攻土伦的作战计划早已基本确定。当时，会议认为：鉴于土伦东面的法朗山地地形险要，炮垒坚固，易守难攻，且有重兵防守，因此，不宜将主要兵力集中于东线，而应将主要进攻方向选择在敌人防御薄弱的西线，即从奥利乌勒方向进击，从西面夺占土伦。巴黎下达的新的作战计划规定：集中一支60000人的军队，不管敌人正面的火力如何，而从东、西两个方向同时发起进攻。首先，夺占法朗山地、法朗炮台、鲁日炮台、勃兰炮台和圣卡特林炮台，粉碎敌人的外围防线;尔后，前出到土伦要塞附近，挖掘堑壕，构筑工事，待条件成熟后，伺机攻占土伦。
对此，拿破仑很不赞同，于是提出一个完全相反的作战方案。他认为，上述计划实际上很难行得通。这是因为：首先，敌人在土伦外围的防线上，既有坚固的工事，又有良好的地形，还有地面火力和舰炮火力进行支援，可说是炮坚城固，兵力充足，要想从正面攻破，绝非容易之事;其次，正面强攻，倘若久攻不克，形成对峙，那就势必迁延时日，使敌人赢得调集援兵和巩固防御的时间;第三，正面进攻即使得手，也很容易迫使敌人烧毁仓库、炸毁船坞、破坏军械库，携走全部法国军舰，甚至洗劫土伦全市，一旦出现这种情况，对于迫使敌人投降和保全整个城市，显然都是不利的。
既然如此，那么，夺取土伦的最好办法又是什么呢?拿破仑提出，应该首先集中主要兵力，攻占港湾西岸的马尔格雷夫垒（英国人称为小直布罗陀），夺取克尔海角，然后，集中大量火炮，猛烈轰击停泊在大、小停泊场内的英国舰队，切断英国舰队与土伦守敌之间的联系，迫使英舰撤出港口。如能这样，则土伦守敌在一无退路、二无援兵、三无火力支援的情况下，必然不攻自破。这时，法军即使只有不大的兵力，也可以迅速攻占土伦。拿破仑还进一步提出：为了有效地封锁大、小停泊场，使英国舰队无法立足，法军攻占小直布罗陀和克尔海角之后，应立即在埃吉利耶特海角和巴拉去耶海角各设一座大型堡垒，并且应分别配置10门以上的唐制130毫米榴弹炮，36磅和24磅炮等30门以上相对重型的滑膛炮，4门发射16磅赤热炮弹的火炮，以及10门戈美尔式臼炮，以便构成足够的火力密度。
从作战计划的拟订上，已经充分的显示了一个军事天才和军事庸才计划的区别，拿破仑思路富有创造力，而且直中要害，令人惊叹不已。国民公会的特派员萨利希第和贾斯巴林，一致支持拿破仑的设想。据此拟定纳新计划，被立即送往巴黎，并很快获得批准。拿破仑因此受命担任攻城炮兵的副指挥。
其实，早在1个月以前，拿破仑就看到了小直布罗陀的价值，认为它是打开土伦的钥匙。当时，他多次向卡尔托将军建议，派出足够的兵力夺占并固守小直布罗陀和克尔海角高地，以便在埃吉利耶特和巴拉去耶两个海角边上设置自己的炮垒。傲慢无知的卡尔托将军并不懂得这样做的重要意义。他以兵力不足为借口，仅仅派去了400人。结果，反而把机会让给了敌人。几天以后，联军4000人在克尔海角登陆，赶走了法国人，夺占了克尔海角和小直布罗陀堡。
历史事例表明，战场上具有重要战役战术意义的地理位置，对作战双方是毫无偏爱的。谁先认识到它的价值，谁先采取果断行动夺取它，它就为谁服务，并成为另一方的巨大障碍。被卡尔托将军忽略了的，联军却给予了应有的重视。他们用了整整一个月的时间，把马尔格雷夫堡变成了一个名副其实的“小直布罗陀”。1个月后，当攻城部队的将军们再次把目光转向克尔海角时，形势己截然不同了。由于卡尔托将军的失误，联军赢得了足够的时间来加强自己的阵地，而法军却白白放过了一个不可多得的绝好机会。
也因为卡尔托将军在情势上的判断失误，使得国民公会对其失去了信心。1月上旬，多普将军接替卡尔托的职务，担任了土伦攻城部队的司令，卡尔托被调往阿尔卑斯军团。
多普将军与其说是一个军人，倒不如说是一个政客。他的到来，并没有使指挥得到改善。1月11日，由于目睹直布罗陀当面的法军不胜愤激，擅自向联军阵地发起攻击，整个布留尔师都卷入了战斗。为了掌握局势，拿破仑被临时授权指挥这场战斗。他马上进到前线，审时度势，因势利导，亲自率领士兵突入联军阵地，在很短的时间里便控制了几乎整个克尔海角，从背后接近了小直布罗陀。然而，就在这个胜利在望的关键时刻，远离战场的多普将军，却因身边一名副官中弹身亡而突然命令法军停止进攻。结果，联军乘机反扑，一次眼看到手的胜利被白白断送了。对于这个愚蠢的决定，年轻的拿破仑怒不可遏，冲到多普将军面前，指着他的鼻子，用普通士兵才会用的粗俗语言破口大骂。
这一事件发生以后，士兵中间滋长了强烈的不满情绪，他们纷纷向巴黎来的特派员提出要求，恳请撤换指挥无能的司令官。而从巴黎来的特派员萨利希第是拿破仑的同乡，在这场战斗中拿破仑表现出色，差一点就能取得出色的胜利，更倾向于拿破仑，所以在给巴黎的去信中，也是对多普表现出不满，并赞扬了拿破仑的英勇。
由于前线官兵的强烈要求，多普将军终于被调往比利牛斯军团去了。深受士兵爱戴的杜戈梅将军，接受了攻城部队司令职务。有意思的是，多普后来回忆拿破仑时，曾经赞赏地写道：“我发现，他总是坚守在自己的工作岗位上，即使需要休息，也是裹着大氅，睡在地上。他从未离开过炮群。”当然这不排除是在拿破仑成为皇帝之后的拍马屁。
杜戈梅将军是一个已有40年军龄的老军人。革命开始之前，他是马提尼克一个富有的开拓者。革命爆发的时候，作为一个爱国者，他参加了保卫圣皮埃尔城的战斗，抗击过英国人。后来，当皮埃蒙特入侵普罗旺斯时，他担任了意大利军团的一个旅长。杜戈梅将军顽强、勇敢，为人正直，具有正确的军事眼光。他热爱自己的士兵，也赢得了士兵的拥护和爱戴。同时，杜戈梅对于拿破仑十分赏识。
1月下旬，正当法军的进攻准备业已就绪的时候，发生了一件意料之外的事情。原来，不久以前，拿破仑率领士兵在小停泊场的北面秘密构筑了一个炮兵阵地。为了出其不意，攻其无备，突然猛烈地打击敌人，拿破仑带领士兵用橄榄树枝对阵地进行了巧妙的伪装。由于伪装得十分巧妙，这个就在敌人眼皮底下的阵地，始终没有被敌人发现。视察中，有人头脑发热，竟然擅自命令土兵开炮。他们不知道这样做的结果将是使炮兵阵地彻底暴露，更没有想到，因此而闯下了一场大祸。
第二天拂晓，土伦联军总司令奥哈腊将军就已采取对策。他率领7000人向西北方向出击，在圣安托万要塞附近渡过勒拉斯河，接着占领了这座炮垒，拆除了所有大炮。敌人的这一行动破坏了法军预定的进攻部署，并给西线法军造成了极大的威胁。在这次战斗中，拿破仑表现得十分镇定。他一面沉着指挥炮兵，掩护部队有秩序地退却，阻止敌人向奥利乌勒方向推进;一面积极牵制敌人，掩护杜戈梅将军迂回敌人翼侧;另外，他还亲自率领一支部队沿着一条隐蔽的通道，插入敌人战斗队形中间，给敌军造成很大的混乱。几乎是上帝都在垂青这位年轻的炮兵军官，混战中，拿破仑还意外地活捉了联军指挥官奥哈腊将军。
这时，法军主力在杜戈梅将军率领下迂回到了敌人右翼，并且直接威胁到敌人的退路。联军害怕被歼，纷纷溃退，逃回土伦要塞。法军抓住这一有利时机，乘胜追击，趁势恢复了全部阵地。
这场战斗联军的实力，也使得联军士气大跌。法军在战斗中展现出的良好的策略性，让联军觉得十分棘手。英国方面不断地催促奥地利人出兵协助他们镇守土伦，甚至还愿意用本国军舰载奥地利士兵。可是由于德国的存在，奥地利人对于出兵充满了迟疑。德军南部方面军在近日来在巴伐利亚活动频繁，奥地利人不得不进一步推迟了他们本来就绕远的军事行动。而弗朗茨皇太子所承诺的5000援军此时看起来是那么的遥不可及。
根据英国人的计算，联军要想长期守住土伦要塞，至少需要几万人的兵力。然而，这对于联军来说无论如何是不可能的。因为这个原因，本身联军方面的指挥官对这场战役已经失去期待，而士气也进一步不可控的下滑了。