1961年4月1日，蔣介石在台北縣大埔小灣秘密成立臨時任務性編組—“國光作業室”。蔣介石指派朱元琮將軍兼任主任，並調集陸海空三軍優秀作戰軍官31人、士官3人參與其中。
蔣介石對“國光計劃室”寄予厚望。在該計劃僅僅成立3周的時間里，即率領“參謀總長”、“三軍總司令”視察大埔營區，並聽取簡報。在1961年至1972年的12年間，蔣介石共主持會談聽取簡報97次。其中在1961年至1965年的5年間，蔣介石共聽取簡報81次，其中1963年至1965年三年都達到20次以上。而且，由於參與該計劃的工作人員生活相對辛苦，為了安撫這些國民黨軍中的精英，國民黨當局給予“國光計劃”工作人員十分優厚的待遇。蔣介石在聽取第二次簡報後，便指示“參謀總長”彭孟緝每人每月發津貼2000元新台幣。蔣介石對該計劃室工作人員亦是十分禮遇，據朱元琮回憶，蔣介石對作業室工作人員“只有鼓勵，從無指責，並以‘議事者身在事外，宜悉利害之情，任事者，身居其中，當忘利害之慮’相策勉”。
根據台“國防部”的軍令，海陸空三軍司令部分別成立光明作業室、陸光作業室和擎天作業室，以協助完成“國光計劃”。而三軍作業室也有相應的執行任務部隊，並將任務加以細化，其中陸軍包括“光華”、“成功”和“武漢”作業室，“光華”負責反攻第一階段的登陸作戰，包括建立灘頭陣地和立足戰區等，而“成功”側重於第二階段的建立攻勢基地，主要負責華南戰區，“武漢”則是專門負責特種作戰；海軍有啟明、曙明和龍騰作業室，“啟明”主要是指63特遣部隊，“曙明”指64地面部隊，而“龍騰”是指金門防衛部和95、71特遣隊；空軍有“九霄”、“大勇”等作業室，分別指空軍作戰部和空降兵作戰部。
據披露，“國光計劃”包含“敵前登陸、敵後特戰、敵前襲擊、乘勢反攻、應援抗暴”等五類26項作戰計劃、214個參謀研究案。據段玉衡將軍回憶，由於美國力阻蔣介石“反攻大陸”，因此蔣介石提出，先持續三四天炮擊，誘發炮戰，蔣向世界宣布大陸向台灣挑釁，這便成為台灣發起“反攻大陸”的借口。然後，台空軍開始反製作戰，並在數日後展開登陸。蔣介石還聲稱，“美國協防條約中並沒有規定不准我反攻”。此外，所有計劃都詳擬到師的任務層級。以“國光一號”為例，該計劃分為三個階段實施，第一階段是建立灘頭陣地，主要是以兩栖作戰方式，動用一個陸戰師，由艦至岸運動，在將軍沃突襲登陸；第二階段是建立立足地區，根據後續部隊的情況，計劃動用8個步兵師，在30天內占領泉州至漳浦地區；第三階段是建立攻勢基地，又分為3案指導進行，大體是攻取漳平、龍岩後，或攻南平，或梅縣、興寧、潮汕，或先攻取南平再攻梅縣等地，預計共動用14－16個師，在登陸90天內完成。
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