По решению Ставки ВГК в состав Юго-Западного фронта, игравшего главную роль в операции, 25 октября были переданы из Донского фронта четыре стрелковые дивизии (226, 293, 333 и 277-я), 4-й танковый и 3-й кавалерийский корпуса, несколько артиллерийских и истребительно-противотанковых артиллерийских полков и другие части.

Войска 5-й танковой армии по состоянию на 1 ноября 1942 г. включали 5 стрелковых дивизий, два танковых корпуса, одну танковую бригаду, один мотоциклетный полк, отдельный мотоциклетный батальон, артиллерийские, зенитные и инженерные части и подразделения.

3 ноября 1942 г. на командном пункте Юго-Западного фронта под руководством генерала армии Г.К. Жукова и при участии генералов А.М. Василевского, Н.Н. Воронова, А.А. Новикова и Я.Н. Федоренко состоялось совещание руководящего состава 5-й танковой и 63-й армий. Присутствовали командармы, начальники их штабов, а также командиры корпусов и ряда дивизий. Командующий фронтом генерал Н.Ф. Ватутин доложил, что главный удар с плацдарма юго-западнее Серафимовича в общем направлении на Калач будут наносить 5-я танковая и 21-я армии. Им предстояло прорвать оборону румынской 3-й армии на двух участках (5-я танковая армия на участке шириной 10 км, 21-я армия – 12 км), развить подвижными соединениями наступление в юго-восточном направлении, разгромить оперативные резервы врага, выйти во фланг и в тыл его главной группировки, действовавшей в районе Сталинграда. На третий день операции предусмотрено соединение танковых корпусов ударной группировки в районе Калач, Советский с войсками Сталинградского фронта и завершение окружения противника.

Действия ударной группировки Юго-Западного фронта намечалось поддержать с запада вспомогательным ударом тремя стрелковыми дивизиями 63-й армии с линии Рубежинский, Ягодный в общем направлении на Боковскую, а с востока – 65-й армией Донского фронта с рубежа Клетская, Мело-Меловский в общем направлении на Вертячий.

При обсуждении оперативного построения войск 5-й танковой армии между участниками совещания возникла дискуссия. Вот что по этому поводу вспоминает генерал армии С.П. Иванов: «П.Л. Романенко считал целесообразным двухэшелонное построение не только в дивизиях, но в отдельных случаях и в полках. Против этого выступили Н.Н. Воронов и А.А. Новиков, казалось бы, не имевшие прямого отношения к действиям пехоты, но аргумент их был, как говорится, железным. Они сослались на то, что совсем недавно издан приказ НКО № 306 об одноэшелонном боевом порядке во всех тактических звеньях. Николай Николаевич весьма дотошно, как это ему было свойственно, объяснил, что стрелковая дивизия, построенная в два эшелона для атаки переднего края обороны противника, имела в первом всего 8 стрелковых рот из 27. Остальные 19 рот, располагаясь за первым эшелоном на глубину до двух километров, полностью лишались возможности использовать свои огневые средства. На это Прокофий Логвинович возразил, что необязательно строить в два эшелона боевые порядки батальонов, ведь лишь при этом получается та порочная картина, которую нарисовал начальник артиллерии Красной Армии. Командарма 5-й танковой поддержал А.С. Желтов. Однако ни Г.К. Жуков, ни А.М. Василевский в эту дискуссию не вступили, а генерал Н.Ф. Ватутин сказал, что, поскольку прорыв обороны стрелковыми соединениями предусматривается всего на фронте 8—12 километров, они сумеют выполнить задачу и в одноэшелонном построении. Как выяснилось потом, правы оказались А.С. Желтов и П.Л. Романенко: наша пехота именно из-за одноэшелонного построения не справилась со своей задачей и танкам пришлось «допрорывать» оборону противника, что вызвало лишние потери».