С целью отражения возможного воздушного удара была выделена практически вся истребительная авиация военно-воздушных сил Черноморского флота (160 истребителей самолетов) и вся ПВО флота. Так же в противовоздушной обороне была задействована и Крымская дивизия ПВО.
Общий состав задействованных наземных сил ПВО выглядел следующим образом: 76 зенитных орудий крупного калибра, 120 орудий мелкокалиберной зенитной артиллерии, 99 зенитных пулеметов ДШК, 65 зенитных прожекторов). Любой самолет, появившийся над районом проведения конференции должен был немедленно сбиваться.
Стоянкой американских и английских кораблей и судов стал Севастополь, где были созданы запасы топлива, питьевой и котельной воды, приведены в должное состояние причалы, маяки, навигационное и противолодочное оборудование, проведено дополнительное траление в бухтах и по фарватеру, подготовлено достаточное количество буксиров. Аналогичные работы были проведены в ялтинском порту.
В море патрулировал крупный отряд кораблей Черноморского флота. О масштабах операции свидетельствует тот факт, что надводные корабли и подводные лодки были рассредоточены на линии Бургас-Саки с интервалом в 30 миль.
Воздушными воротами конференции стал военный аэродром близ города Саки. В отличие от остальных, этот аэродром имел две бетонные взлетно-посадочные полосы и был в состоянии обеспечить прием самолетов всех типов. Так же была подготовлена сеть запасных аэродромов в Крыму, на Кавказе, в Одессе.
Непосредственная подготовка к обеспечению внешней безопасности и контрразведывательному обеспечению работы Ялтинской конференции началась 8 января 1945 изданием приказов народных комиссаров госбезопасности и внутренних дел по всесторонней организации и обеспечении работы, данной встречи лидеров ведущих государств антигитлеровской коалиции.
Руководство охраной конференции было возложено на 6-е управление (управление охраны руководящих кадров партии и правительства) народного комиссариата государственной безопасности (НКГБ), которое направило в Крым специально подготовленные для несения охраны 500 офицеров.
Порядка 1200 человек оперативных сотрудников НКГБ прибывших в Крым из Москвы и других крупных городов занимались контрразведывательным обеспечением работы конференции.
Для непосредственного обеспечения охраны и безопасности участников конференции весь район их пребывания и передвижения был разбит на пять оперативных секторов: Саки-Симферополь, Симферополь, Симферополь-Алушта включительно, Алушта-Ялта-Байдарские ворота включительно, Байдары-Севастополь, а для регулирования движения на дорогах по всему маршруту указанных секторов был задействован специальный батальон военных регулировщиков, прибывший из Москвы. Охрана шоссейных дорог была организована личным составом семи контрольно-пропускных пунктов численностью 1800 сотрудников и 783 оперативных сотрудников и 10 переводчиков.
Для непосредственной охраны дорог, по которым передвигались автомобильные кортежи участников конференции, было использовано 1185 человек личного состава 290-го Новороссийского полка войск НКВД и Крымского пограничного отряда из расчёта 40 человек на 1 километр трассы, а так же 55 мотоциклистов и 30 проводников со служебными собаками, которые проверяли территории, прилегающие к трассам, а так же вели патрулирование самих трасс.
При проезде автомобильных кортеже делегаций участвовавших в конференции, по всей трассе их следования прекращалось всё остальноё движение, а в жилые дома и квартиры, выходившие на трассу, направлялись работники НКВД и НКГБ.
В городах Крыма связанных с обеспечением работы конференции, либо в тех из них в которые планировалось к посещению участниками конференции был установлен жесткий режим контроля над населением, в частности проводились постоянные массовые проверки документов в местах постоянного скопления людей (рынки, вокзалы и.т.д.), а так же облавы. Всего перед началом и во время работы конференции органами и войсками НКВД-НКГБ было проведено 287 облав и массовых проверок документов, в ходе которых было проверено 67267 человек, из которых было задержано 324 и затем арестовано 197. При этом так же было изъято 1 пулемёт, 43 автомата, 267 винтовок, 49 пистолетов и 283 ручных гранат.
Для непосредственной охраны конференции, в добавление, к находившемуся до этого в Крыму, на постоянной основе 290-му Новороссийскому мотострелковому полку войск НКВД СССР, были направлены еще несколько полков войск НКВД, в том числе 1 и 2-й мотострелковые полки 1-й отдельной мотострелковой дивизии особого назначения имени Ф. Э. Дзержинского войск НКВД СССР, Отдельный полк специального назначения войск НКВД СССР, 281-й стрелковый полк Внутренних войск НКВД СССР, 32-й пограничный полк войск НКВД СССР по охране тыла Действующей Красной Армии, Мотоциклетный отряд НКВД СССР (120 человек), батальон военных регулировщиков и несколько бронепоездов войск НКВД СССР, а так же пять рот войск правительственной связи НКВД СССР.
Для охраны Сталина, вместе с советской делегацией занявшим Юсуповский дворец в поселке Кореиз, было выделено 100 сотрудников госбезопасности и батальон войск НКВД в количестве 500 человек.
С учетом состояния здоровья Рузвельта для размещения главы американской делегации и его ближайшего окружения был подготовлен Ливадийский дворец. Главе английской делегации был подготовлен Воронцовский дворец. Советская делегация во главе со Сталиным разместилась в Юсуповском дворце в поселке Кореиз.
Для облегчения обеспечения режима безопасности часть персонала делегаций разместились на кораблях союзников, стоявших на рейдах Ялты и Севастополя.
На территориях вокруг дворцов, где располагались делегации, были созданы так называемые охраняемые зоны и в них введен строжайший пропускной режим и особая система пропусков со специальными метками для обнаружения следов их возможной подделки. Вокруг дворцов устанавливались два кольца охраны, а с наступлением темноты организовывалось третье кольцо, где патрулировали пограничники со служебными собаками.
Парк вокруг Ливадийского дворца, где проходила конференция, огородили забором высотой 4 метра. На парковых дорожках появилась охрана, переодетая в штатское и изображающая садовников, подрезающих деревья.
На ялтинский внешний рейд вышло шесть кораблей Черноморского флота и морской пограничной охраны НКВД СССР.
Во всех дворцах были организованы узлы связи, обеспечивающие связь с любым абонентом, и ко всем станциям были прикреплены советские сотрудники, владеющие английским языком, не считая штатных иностранных специалистов.
Контрразведывательной работой вокруг Ливадийского и Юсуповского дворцов вели сто оперативных сотрудников, вокруг Воронцовского дворца — шестьдесят. Все три дворца в общей сложности охраняли одна тысяча солдат и офицеров войск НКВД и 50 служебных собак.
На всех воротах дворцов были созданы контрольно-пропускные пункты, на которых, помимо солдат войск НКВД, постоянно дежурили несколько офицеров контрразведки и переводчик.
При подготовке к конференции, в период с 9 по 25 января, все три дворца и прилегающие к ним территории, были тщательно обследованы личным составом 118-го отдельного инженерного батальона Приморской армии и 355-го отдельного инженерного батальона Черноморского флота, которыми было обнаружено 1 реактивный снаряд, 8 миномётных мин, 43 артиллерийских снаряда и 21 противопехотная мина.
Для зарубежных делегаций, прибывших с собственной охраной и службами безопасности, советской стороной была выделена внешняя охрана и коменданты для занимаемых ими помещений.
Советская делегация прибыла из Москвы в Симферополь 1 февраля 1945. И. В. Сталин из Симферополя на машине сразу отправился на Южный берег Крыма, а В. М. Молотов остался в нём, встречать американскую и английскую делегации.
Президент США и премьер-министр Великобритании вылетели в Крым с Мальты в ночь на 3 февраля 1945. Позже Черчилль скажет: «Началось великое переселение», имея в виду многочисленных сопровождающих и охрану — более 700 человек.
Всего в этот день в Саках произвели посадку 30 американских и английских транспортных самолетов и 36 истребителей эскорта. На протяжении всего перелета самолеты поддерживали радиосвязь с Крымом, каждого в определенной точке над Черным морем встречали советские истребители и сопровождали до самого аэродрома. Затем разворачивались и летели за следующим, и так более четырех часов. Первым прибыл Черчилль, спустя час Рузвельт. Перелет в условиях военного времени осуществлялся при потушенных бортовых огнях.
На период работы конференции в распоряжение каждой американской и английской делегаций были выделены советские автомобильные подразделения. И, как показали дальнейшие события, эта мера оказалась полностью оправданной. Среди американской охраны выделялся один из телохранителей Рузвельта — негр двухметрового роста. Он носил Рузвельта вместе с коляской по лестницам. Однако, в реальной критической ситуации спасли жизнь Рузвельту от возможного несчастного случая не импозантные и экзотические американские телохранители, а ко всему привыкшие и готовые к любым экстремальных ситуациям советские охранники.
Перед одним из выездов американского кортежа из Ливадийского дворца телохранители Рузвельта пересадили президента из инвалидной коляски на переднее кресло открытого «виллиса». По невнимательности они неплотно закрыли специально сконструированные для парализованного Рузвельта опорные перила, которые в процессе движения по серпантину неожиданно распахнулась, и высокопоставленный пассажир стал вываливаться. Американская охрана, сидевшая в этой же машине застыла в оцепенении. От практически неминуемой гибели, Рузвельта, спас его советский водитель — лейтенант государственной безопасности (занимаемая должность шофер-разведчик 1-й категории) Федор Ходаков.
Он, мгновенно отреагировал на нештатную ситуацию и, проявив недюжинную физическую подготовку, не отрываясь от руля одной рукой — другой, ухватил за одежду выпадавшего из автомобиля президента, и втащил его назад в машину.