עיקר המערכה והמפתח להצלחתה היה היערכות לוגיסטית מדוקדקת על מנת להתגבר על קווי אספקה ארוכים ממצרים אל הנגב והתגברות על אספקת מים בתנאי מדבר לכוחות הנאספים לקראת המבצע, במקביל נדרש מאמץ להסתיר את בניית הכוחות ואת תוכנית המתקפה פני הטורקים.
בעיה ראשונה הייתה בעיית קווי האספקה הארוכים ותשתית תחבורה שלא מתאימה לשינוע כוחות ואספקה כנדרש. נקודת היציאה של הכוחות הבריטיים הייתה עיר הנמל קנטרה. קווי רכבת וכבישים סלולים לא היו קיימים בסיני והאספקה הייתה תלויה בגמלים סוסים וכלי רכב בעלי עבירות גבוהה.
השאלה הקריטית לצורך החזקת הכוחות הבריטיים על הקו והבטחת יכולתם ללחום הייתה אספקת מים סדירה, לצורך זה נחפרו בארות מים על סמך ממצאי ודוחות הקרן לחקר ארץ-ישראל (Palestine Expedition Fund) בבאר אסנת, חלוצה ובאר משאבים. בעין הבשור הוקם סכר ובו נאגרו 2,000 מ"ק וצינור מים הונח ממצרים. הובלת המים לחיילי חיל המשלוח נעשתה על גבי שיירות של אלפי גמלים. בכך נפתרה אספקת המים לכיבוש באר שבע אך לא לפריצה צפונה מהעיר וניצול ההצלחה של המבצע. זו הייתה תלויה בתפיסת בארות המים בבאר שבע וסביבתה, כאשר כישלון פירושו היה נסיגה מהירה מזירת באר שבע מחשש להתיבשות הכוחות וחילות הסיוע ועיכוב אם לא סימן שאלה על המשך מסע המלחמה לכיבוש ארץ ישראל.
הטעיית הצבא הטורקי.
במקביל לבניית הכוח התוקף ולבניית מערכות אספקה השקיע חיל המשלוח המצרי מאמצים ומשאבים על מנת להסוות את סדר כוחותיו, מיקומם ובעיקר את תוכניות הפעולה. מסרים, שמועות ותנועות סרק של כוחות ניסו ליצור מצג שווא בנוגע לכוון התקיפה ומטרות שנבחרו לצורך המהלומה הראשונית. הכוונה הייתה לשכנע את הפיקוד הטורקי כי עיקר המאמץ יתרכז, שוב, בתקיפה מאסיבית על העיר עזה. תשדורות אלחוטיות לא מוצפנות עם רמזים וידיעות על היעדרות קצינים בכירים מקו החזית בתאריכים שונים היו רק קצה הקרחון. הבריטים בנו מחנות דמה ריקים וריכזו אוניות בסמוך לחוף רצועת עזה. בלילות הועברו כוחות לשטחי כינוס והתארגנות בעוד שכוח מזערי נותר להחזיק את מחנות הצבא בפעילות לכאורה שגרתית ולבסוף, הפגזת ריכוך ארטילרית החלה לרדת על קווי הטורקים בעזה 4 ימים לפני מועד ההתקפה בבאר שבע כהכנה, לכאורה, למתקפה העתידה לבוא על עזה. תרגיל ההונאה המפורסם ביותר נערך על ידי קצין מודיעין בריטי ממטה פיקוד חיל המשלוח קולונל ריצ'רד מיינרצהגן ובמהלכו הושאר בשטח הטורקי תיק מסמכים ובהם מסמכים שונים חלקם אישיים וחלקם תכתובת עם קצינים בריטיים וטיוטות לדיון בישיבות מטה. הטורקים והמפקדה הגרמנית אליהם הועבר התיק ערכו ניתוח של המסמכים וחיזקו את ההערכה הראשונית כי עיקר המאמץ הבריטי ייערך בגזרת עזה בעוד מאמץ משני וייתכן שאף תרגיל הסחה יופנה כלפי באר שבע.
למרות המאמצים הבריטיים הניכרים הצליחו הטורקים לקבל תמונת מצב מדויקת לגבי ההיערכות הבריטית לאורך הקו. הטורקים השתמשו במשתפי פעולה וסוכנים מקרב שבטי הבדואים והצליחו להרכיב תמונה מדויקת לגבי המחנות הריקים שנותרו ברפיח וחאן יונס והערכות הכוחות הבריטיים בשטחי הריכוז ובביר עסלוג'.
הכנות אחרונות לפני הקרב.
חיל המשלוח המצרי החל להניע את הכוחות שנועדו לתקוף את באר שבע, תחילה אל שטחי כינוס במרחק מה מקו החזית באזור עזה ולאחר מכן למחנות שנועדו לשמש כנקודת יציאה סופית לפני הקרב. בקורפוס הפרשים המדברי, ללא דיוויזיית הרגלים הרכובים יומנרי (שתפסה את תחנת הרכבת בכארם כ-6 ק"מ מדרום מזרח לאורים) דיוויזיית אנז"ק התקדמו בדילוגים ובשעות הלילה מאזור רפיח אל ח'לסה (חלוצה). הדיוויזיה האוסטרלית תפסה את ביר ע'סלוג (באר משאבים) ובמאמץ הנדסי הצליחו לשפר את תפוקת המים במקום כך שביום 29 באוקטובר הצליחו מקורות המים לספק מנת מים אחת לסוסים למשך יום.
במהלך יום 27 באוקטובר החלו סוללות ארטילריה בריטיות בשיתוף פעולה עם תותחים מאוניות מלחמה בריטיות וצרפתיות להפגיז את עמדות הטורקים בעזה ב-29 באוקטובר החלה הדיוויזיה הניו זילנדית להאסף בביר עסלוג' והדיוויזיה האוסטרלית בחלוצה.
עם רדת הלילה של יום ה-30 באוקטובר החלו כוחות הקורפוס XX לנוע לכוון עמדות היציאה להתקפה על באר שבע. דיוויזיות הרגלים יצאו עוד בשעות הערב: ה-74 התקדמה לאורך הדרך המחברת את עזה לבאר שבע, ה-60 התקדמה לאורך הציר של נחל באר שבע, הדיוויזיה ה-53 (הוולשית) התקדמה לאורך תוואי נחל אופקים ותפסו עמדות ממערב לעיר, ורגימנט הפרשים של הקורפוס תפס עמדות מדרום-מזרח לבאר שבע על מנת להגן על האגף של הקורפוס. הארטילריה הייתה האחרונה להתמקם בעמדותיה.
בשעות אחר הצהריים של יום ה-30 באוקטובר הגיעה מפקדת הקורפוס הרכוב המדברי עם גנרל שובל בראשה לביר עסלוג', משם יצאו יחידות הפרשים במסע לילי מזורז של 40 ו-56 ק"מ שהביא אותן לעמדות תקיפה לכוון באר שבע.
הבריגדה הניו זילנדית (מדיוויזיית הרגלים הרכובים אנזא"ק) יצאה מביר עסלוג' ונעה דרומה לאורך תוואי נחל משאש לכוון ערערה ומשם במסע איטי ובמהלכו היתקלויות אקראיות עם כוחות טורקיים לאורך נחל בקע עד למקום שידוע בשם איסוואוין (אזור כתף אברהם) 06:45. אז נצפו כוחות טורקיים מתחפרים על גבעה 1069 הסמוכה, הניו זילנדים המשיכו להתקרב לבאר שבע עד שעצרו בביר סלים אבו רגייג.
הדיוויזיה האוסטרלית יצאה מחלוצה בשעה 17:00 והגיע לעסלוג' בשעה 20:30 של ליל ה-30 באוקטובר, הם השקו את בהמות המשא ויצאו בחצות בעקבות הכוח הניו זילנדי וקבעה את מטה הדיוויזיה בכתף אברהם על גבעה 1180 בשעה 12:30. נקודה זו נמצאת כ-8 קילומטר מדרום לבאר שבע וכ-5 קילומטר מעמדות ההגנה הטורקיות שעל תל באר שבע, מפקדי הדיוויזיות יכלו להשקיף ממקום זה על כל אזור באר שבע והקרבות. הבריגדה הרכובה השביעית הגיע אחרונה לעמדות מול באר שבע והתמקמה בין ראס חיבלין (גבעת החבלנים) לבין ראס ע'נם (גבעת צאן) ובכך ניתקה את באר שבע מהדרך דרומה לחלוצה וקישרה בין כוחות הקורפוס ה XX לבין כוחות הדיוויזיה האוסטרלית הרכובה (בפיקוד הנרי הודג'סון). הגנרל שובל קבע את מקום מפקדת הקורפוס המדברי על גבעה הידועה בשם גבעת הגנרל שובל בסמוך לחאשם זאנה (כתף אברהם) נקודה שאפשרה לו ניהול של הקרב באופן היעיל והישיר ביותר.
הקרב על באר שבע.
כיבוש קו ההגנה המערבי.
בשעה 05:55 החלו סוללות הארטילריה הבריטיות בהפגזה על עמדות ההגנה הטורקיות ובעיקר על הביצורים שעל גבעה 1069 (היום ידועה כגבעה 1070, נ"ג 325) הנמצאת כ-5 ק"מ מדרום מערב למחנה נתן. ההפגזה על קרקע המדבר גרמה לענני אבק שהפריעו לתצפיות לטווח את האש. חילופי אש בין הסוללות הבריטיות לטורקיות גרמו לאבדות הראשונות של הקרב, אך המשימה העיקרית של ההפגזה - קריעת גדרות התיל לא בוצעה. בשעה 08:20 החלה הפגזה בריטית אינטנסיבית שחיפתה על חוליות שנשלחו לחתוך ידנית את גדרות התיל וגדודי הרגלים של הבריגדה ה-181 מהדיוויזיה ה-60 הסתערו על הביצורים העות'מאניים וכבשו אותם לאחר קרב עיקש במהלכו נפגעו כ-100 לוחמים בריטיים. מהלך זה והתקדמות כל הקו הבריטי אל כוון החפירות הטורקיות איפשר את קידום סוללות הארטילריה הבריטיות שכיסו באש יעילה את עמדות הטורקים, תוך כדי הפסקות באש על מנת למנוע מאבק לכסות את כל שדה הקרב. גם בשלב זה נכשלו הבריטים במאמץ לפגוע בגדרות התיל וחיילי הדיוויזיה ה-74 נאלצו לגזור את הגדרות תחת אש באופן ידני. בשעה 12:15 פתחו הדיוויזיות ה-60 וה-74 במתקפה לכל אורך קו ההגנה המערבי של באר שבע. הקרבות בגזרה זו היו קשים. מכונות היריה הטורקיות ירו אש יעילה על התוקפים ובחלק מהעמדות ניהלו הטורקים קרבות פנים-אל פנים עד לחייל האחרון. בשעה 13:30 לערך כל קו ההגנה המערבי נפל לידי הבריטים. בהתקפה נהרגו 136 חילים בריטיים ו-1,010 נפצעו. מירב הפגיעות נגרמו מאש ארטילריה טורקית על עמדות היציאה הבריטיות וכתוצאה מכישלון הארטילריה הבריטית לשתק את מקורות האש הטורקית. 419 חיילים טורקים נפלו בשבי. לאחר תפיסת העמדות הטורקיות החלו סוללות הארטילריה של הקורפוס XX להפגיז עמדות אויב מצד צפון ודרום במטרה לפגוע בטורקים הנסוגים ולמנוע מתקפת נגד.
עם תום הקרב על הגזרה המערבית של באר שבע התחפרו חיילי הרגלים הבריטיים בעמדותיהם ולא השתתפו עוד בקרב. מהלך תמוה זה, שנבע מקשיחות בתפיסה הטקטית הבריטית שמנעה ניצול הצלחה, הביא את הקורפוס ה-XX למרחק נגיעה מהעיר, כשבין הכוחות הבריטים למטרת הקרב אין כל קווי הגנה טורקים ואין מכשול בינם לבין ניסיון לכבוש את העיר תוך ניצול מומנטום ההתקפה וגורם ההפתעה. על פי ההיסטוריה הרשמית של הצבא הבריטי כיבוש באר שבע היה מטלה של קורפוס המדברי הרכוב מאחר שסוסיו נזקקו למקורות המים בעיר.