В полосе Юго-Западного фронта главный удар должна была нанести 1-я гвардейская армия с осетровского плацдарма в направлении Тацинская, Морозовск, а частью сил – на Верхне-Чирский; второй – из района Боковский на Верхне-Чирский и на Большанку. Навстречу главной ударной группировке фронта наносила удар 3-я гвардейская армия.
5-я танковая армия имела задачу во взаимодействии с 5-й ударной армией (командующий генерал М.М. Попов) Сталинградского фронта разгромить нижнечирскую группировку противника, а затем нанести удары в направлениях Морозовск и Тормосин. Тем самым ей предстояло обеспечить действия ударных группировок фронта с юго-востока.
6-й армии (командующий генерал-лейтенант Ф.М. Харитонов) Воронежского фронта, наступавшей из района юго-западнее Верхний Мамон в общем направлении на Кантемировку, предстояло на четвертый день операции овладеть рубежом Новая Калитва, Никольская, что должно было надежно обеспечить действия главной ударной группировки Юго-Западного фронта от удара с запада. Для решения поставленных задач ей выделялось до 50 % всех сил Воронежского фронта, в том числе все танковые войска[83].
Таким образом, ближайшая задача Юго-Западного фронта, на решение которой отводилось три-четыре дня, заключалась в прорыве обороны противника, окружении основных сил его группировки на Среднем Дону и выход подвижными соединениями в тыл войскам левого крыла группы армий «Дон». Основная роль в достижении успеха операции отводилась танковым и механизированным корпусам, которые придавались общевойсковым армиям. Использовались они на направлениях главных ударов этих армий. По замыслу командующих войсками фронтов, в первый же день операции в сражение намечалось ввести три танковых корпуса, а на второй – еще один танковый и один механизированный корпуса. Подвижные соединения должны были овладеть указанными им районами на второй-четвертый день операции. Предполагалось, что к исходу шестого дня наступления стрелковые соединения выйдут на рубеж Ново-Марковка, Тацинская, Морозовск.
Оперативное построение армий, за исключением 5-й танковой, было в два эшелона. Каждая из них, действуя на главном направлении, имела подвижную группу. В 1-й гвардейской армии в составе подвижной группы были три танковых корпуса (18, 24 и 25-й), в 6-й армии – 17-й танковый корпус, в 3-й гвардейской армии – 1-й гвардейский механизированный корпус. Во второй эшелон каждой армии выделялось по одной стрелковой дивизии. Кроме того, в каждой армии создавались артиллерийская, зенитная артиллерийская группы, группы гвардейских минометных частей, резервы различного назначения и группировка авиации.
Одной из важнейших особенностей подготовки операции «Малый Сатурн» являлось то, что советское командование умело и решительно массировало основные силы и средства на направлениях главных ударов. Так, командующий 6-я армией, растянув на 18-километровом фронте лишь одну стрелковую дивизию, на участке прорыва шириной всего 9 километров сосредоточил четыре стрелковые дивизии, 17-й танковый корпус, танковую бригаду, два танковых и восемь артиллерийских полков. Это позволило иметь на 1 километр участка прорыва довольно высокие плотности: каждая стрелковая дивизия наступала в полосе 2,25 километров, на каждый километр участка прорыва приходилось по 12 танков непосредственной поддержки пехоты, 62 орудия и миномета. С учетом того, что танковый корпус должен был вводиться при завершении прорыва тактической зоны обороны, плотность танков увеличивалась до 31,6 на 1 километр[84].
В полосе наступления 1-й гвардейской армии на 18-километровом участке прорыва наступало пять стрелковых дивизий и три танковых корпуса, а на остальном 127-километровом фронте – только две стрелковые дивизии. В результате на участке прорыва каждая стрелковая дивизия наступала на фронте 3,5 километра, а плотности на каждый километр составляли до 33 танков и до 75 орудий и минометов.
В 3-й гвардейской армии на участке прорыва каждая дивизия наступала на фронте 3 километра, а плотности составляли порядка 18 танков и 70 орудий и минометов на 1 километр.
Подготовка войск для предстоявшего наступления была завершена к 15 декабря. Танковые корпуса, переправившись через Дон в ночь перед наступлением, изготовились в исходных районах, которые находились на удалении 7—10 километров от переднего края.