Директива Ставки ВГК, ставившая задачу на большую глубину, фактически выбивала из рук командования Северо-Западного фронта сильную и плотно построенную южнее Ильменя 11–ю армию. В сентябре 1941 г. именно она должна была выйти на тылы немецких войск в районе Демянска. В декабре 1941 г. было решено задействовать для удара в тыл II и X корпусам только часть сил 11–й армии. Им поручалось нанести вспомогательный относительно основной задачи удар в направлении Пола для содействия с севера окружению противника в районе Демянска. Главная тяжесть операции на окружение ложилась на войска 34–й армии (пять стрелковых дивизий и один танковый батальон), действовавшей в центре Северо-Западного фронта. Командованием Северо-Западного фронта были спланированы классические «канны» с перераспределением сил внутри 34–й армии. Ей ставилась задача сковать главные силы демянской группировки противника на фронте Кипино, Долматиха в центре своего построения, а фланговыми дивизиями одновременно с частью сил 11–й и 3–й ударной армий нанести удары по флангам группировки противника, расположенной в районе Демянска, окружить и уничтожить ее. После уничтожения демянской группировки войска 34–й армии должны были овладеть Холмом, выйти на западный берег р. Порусья и обеспечить с северо-запада действия 3–й ударной армии М.А. Пуркаева. В соответствии с принятым командующим войсками фронта решением задачи армий были вскоре детализированы. 11–я армия генерал-лейтенанта В.И. Морозова должна была прорвать оборону противника, овладеть Старой Руссой и на четвертый день операции выйти на рубеж Вороново — Дубовицы — Рамушево. В дальнейшем армия, наступая в западном направлении, имела задачу выйти в район Сольцов, Дна, соединиться с войсками 52–й армии Волховского фронта и уничтожить новгородскую группировку противника. Оперативное построение 11–й армии предусматривалось в два эшелона (в первом эшелоне три стрелковые дивизии, один лыжный и три танковых батальона, во втором эшелоне — две стрелковые дивизии и девять лыжных батальонов). Общая численность войск 11–й армии на 1 января 1942 г. составляла 37 022 человека (средняя укомплектованность дивизии 7825 человек) при 390 орудиях и минометах (133 орудия калибром 76 мм и крупнее) и 85 танках в трех танковых батальонах. В армии было рекордное по меркам советского зимнего наступления число лыжных батальонов — десять. Наступление армии планировалось на глубину 100–110 км продолжительностью 12–14 суток с темпом продвижения 7–8 км в сутки. Сосед 11–й армии слева, 34–я армия генерал-майора Н.Э. Берзарина имела задачу сковать противника в центре своего построения и одновременно нанести два удара правым и левым крылом: на правом фланге в направлении — Беглово, Свинорой, а на левом фланге — на Ватолино. Построение армии предусматривалось в один эшелон. Общая численность войск 11–й армии на 1 января 1942 г. составляла 36 700 человек (средняя укомплектованность дивизии 7241 человек) при 368 орудиях и минометах (105 орудий 76–мм и крупнее) и 22 танках в одном танковом батальоне. Наступление армии планировалось на глубину 125–130 км продолжительностью 13–14 суток с темпом продвижения 9—10 км в сутки. Таким образом, командующий фронтом разделил силы между задачей выхода в глубокий тыл группы армий «Север» и окружением демянской группировки примерно поровну.
Против пяти дивизий 34–й армии противник только в первой линии имел до четырех дивизий, что не давало советским войскам решающего перевеса в силах. Кроме того, 34–я армия одновременно должна была являться связующим звеном между фланговыми ударными группировками фронта, наступавшими в расходящихся направлениях, и прикрывать на широком, 110–километровом, фронте весьма ответственное направление на Бологое, что лишало ее возможности какого-либо маневра силами за счет ослабления отдельных участков. По первоначальному плану операции усиление наступающих между озерами Селигер и Ильмень войск Северо-Западного фронта свежесформированными соединениями не предусматривалось. Некоторое участие в окружении демянской группировки должна была принять 3–й ударная армия, о происхождении и задачах которой было рассказано выше. Задача, поставленная перед войсками 34–й армии, была нереальной, а потому, как показали дальнейшие события, и не была ими выполнена. Развитие событий не оправдало надежд командования Северо-Западного фронта только на свои силы в решении двух масштабных задач.
Войскам Северо-Западного фронта на демянском направлении противостояли пять пехотных (290, 30, 12, 32 и 123–я), две моторизованные (18–я и СС «Мертвая голова») и 281–я охранная дивизии, а всего восемь дивизий 16–й армии группы армий «Север». В этих соединениях противника насчитывалось примерно 93 тыс. человек, 1600 орудий и минометов, в том числе около 750 орудий и минометов калибром 75 мм и крупнее.