피격 사건이 있던 당일인 2010년 11월 23일 해병대의 서해상에서 군의 사격훈련이 진행됐다. 훈련 전인 이날 오전 8시 20분 북한은 남북장성급군사회담 북측 단장 명의로 “북측 영해에 대한 포 사격이 이루어질 경우 즉각적인 물리적 조치를 경고한다”는 통지문을 발송했다. 군은 일상적인 훈련이라며 훈련중단 요청을 거절하고 예정대로 훈련을 진행하였다. 북한이 통지문을 보내 경고를 했다는 사실은 나중에 알려졌다. 우리군은 이날 10시 15분부터 14시 24분까지 4시간 동안 연평도 주둔 해병대가 3,657발의 사격 훈련을 했다. 연평도 포격이 있은 후 서해상 훈련으로 긴장은 더욱 고조됐다.

2010년 12월 중순경 연평도 부근 서해상에서 한국군의 단독 포격 훈련이 있을 예정이었으나 북한은 강력하게 반대했다. 연평도 주민들도 의견이 나뉘었다. 우리 군은 서해 사격 훈련은 정당한 주권행사이며 1974년 이후 정기적으로 해왔던 훈련이기 때문에 중지할 수 없다는 입장을 고수했다,

12월 20일 오후 2시 30분부터 사격 훈련이 실시되었다. 이날 훈련에서 K-9 자주포, 105mm 견인포와 해안포, M48전차, 81mm 박격포 등이 동원되어 130여발의 포탄이 북방한계선 NLL에서 남쪽으로 10 km 이상 떨어진 곳을 향해 발사되었다. 또한 북측의 상륙 작전에 대비한 벌컨포 사격도 실시되었으며 훈련은 한 시간동안 지속되었다. 주한미군도 U2 정찰기를 출격하는 등 훈련에 참여했다. 훈련중 북측의 도발이 있을 가능성이 제기되었기 때문에 연평도에는 대피령이 내려져 주민들이 방공호로 이동했다.