El dirigente conservador confirmó su decisión en una entrevista en directo por televisión, la noche del lunes.
Cameron señaló que habrá un "largo y completo debate" en torno a su plan para "extender los ataques" al espacio aéreo sirio en respuesta a la petición de ayuda de los aliados.
"Trataremos de hacer que el debate sea largo y completo, es decir hacer que un día sea como dos", dijo.
Tras la discusión, tendrá lugar la votación que el Ejecutivo de Londres confía en ganar con amplia mayoría de apoyos parlamentarios.
"El EI es una amenaza contra nuestro país y es la acción correcta a emprender", dijo Cameron ante la cámara de televisión.
Los partidos de la oposición, liderados por los laboristas, habían demandado dos jornadas de debate para discutir a fondo los aspectos más controvertidos en la estrategia gubernamental.
Cameron prometió ayer que el debate propuesto equivaldrá en la práctica a dos sesiones habituales en la Cámara de los Comunes.
El jefe del Ejecutivo tory advirtió de que su plan no solo se limita a la acción militar, sino conlleva cauces paralelos en el terreno de la negociación política, la diplomacia y la ayuda humanitaria.
Cameron se mostró cauteloso a la hora de anticipar su victoria en Westminster y simplemente señaló que "el apoyo está creciendo a favor de la convincente propuesta" para degradar al EI (proscrito en Rusia).
El Reino Unido bombardea desde 2014 posiciones yihadistas en Irak y, como reiteró el primer ministro, "el cuartel general del EI está en Siria".
Cameron considera un "sin sentido" detener la acción militar en una frontera que los militantes fundamentalistas no respetan ni reconocen.
Analistas políticos señalan que cerca de un centenar de diputados laboristas podría votar con el Gobierno, garantizando la aprobación con amplio margen de la moción.
El líder de la oposición Jeremy Corbyn está en contra de los ataques pero ha aceptado el compromiso de permitir libertad de voto a sus correligionarios laboristas.
