В центре наступали 180-я и 48-я гвардейская стрелковые дивизии, а на флангах — 37-я стрелковая бригада и 184-я стрелковая дивизия со средствами усиления. При этом 180-я дивизия получила на усиление 173-ю отдельную танковую бригаду, 184-я дивизия — 179-ю отдельную танковую бригаду, а 48-я гвардейская стрелковая дивизия — 97-ю танковую бригаду 12-го танкового корпуса.

12-й танковый корпус, усиленный 172-м истребительно-противотанковым артиллерийским и 319-м зенитно-артиллерийским полками, а также 40-м инженерным батальоном, получил задачу войти в прорыв на стыке 48-й гвардейской и 180-й стрелковых дивизий, к исходу дня овладеть Россошью и Лизиновкой и в дальнейшем наступать на Каменку. 15-й танковый корпус, усиленный 368-м истребительно-противотанковым артиллерийским полком, 71-м зенитно-артиллерийским полком и 47-м инженерным батальоном, должен был пойти в прорыв на стыке 48-й и 184-й дивизий, к исходу дня овладеть Екатериновкой и в дальнейшем наступать на Варваровку и Алексеевку.

В армейской артиллерийской группе (тогда она называлась «группа дальнего действия») находились 38-й и 129-й пушечные полки 8-й артиллерийской дивизии прорыва, а в минометной группе — 15-я и 16-я гвардейские минометные бригады.

В середине дня 6 января в штаб танковой армии, находившийся в Кантемировке, прибыли заместитель Верховного Главнокомандующего генерал армии Г. К. Жуков, начальник Генерального штаба Красной Армии генерал-полковник A. M. Василевский и командующий Воронежским фронтом генерал-лейтенант Ф. И. Голиков. Командарм доложил свое решение на операцию, а командиры соединений о состоянии войск и ходе подготовки к наступлению. Наступление намечалось на 12 января. Однако в связи с задержкой перегруппировки войск по железной дороге оно было перенесено на 14 января.

Стояла суровая зима. Лютые морозы сопровождались частыми снегопадами и сильными метелями. В отдельных местах толщина снега была больше метра. Поэтому 130–170-километровый марш от станции разгрузки до Кантемировки войскам армии дался нелегко. Особенно труден он был для стрелковых войск и мотопехоты, которые шли пешком, так как все автомашины были брошены на подвоз боеприпасов, горючего и продовольствия.

К моменту прибытия танковой армии на станции разгрузки в ее составе (с приданными ей 173-й и 201-й танковыми бригадами) насчитывалось 493 танка, а в район Кантемировки к исходу 13 января прибыл только 371 танк. Остальные же 122 танка остались в пути из-за технических неисправностей. Большая часть из них была из 15-го танкового корпуса, и в первую очередь из 113-й и 195-й танковых бригад. Объяснялось это тем, что, планируя наступление Воронежского фронта, Ставка ВГК вначале решила усилить его только 12-м танковым корпусом армии, приказав командующему танковой армией полностью укомплектовать его личным составом и боевой техникой до штата за счет 15-го танкового корпуса. При этом было приказано все танки 12-го танкового корпуса, имевшие наибольший запас моточасов, передать 15-му танковому корпусу, а из 15-го корпуса передать 12-му танковому корпусу новые танки. Это и было сделано за счет 113-й и 195-й танковых бригад. Но вскоре было принято решение привлечь к проведению операции всю танковую армию. Поэтому перегруппировка 15-го танкового корпуса началась значительно позже 12-го танкового корпуса и он имел значительно меньше времени для подготовки к наступлению. Причем 113-я и 195-я танковые бригады прибыли в район сосредоточения только к исходу 12 января, имея в строю по 10–12 танков, остальные стояли в пути из-за технических неисправностей. По приказу командующего армией все исправные танки этих бригад были переданы 88-й танковой бригаде корпуса, а бригады выведены в армейский резерв с задачей организовать сбор и ремонт отставших танков. Таким образом, 15-й танковый корпус вынужден был начинать боевые действия без двух танковых бригад, имея в строю только 74 танка. Из-за задержки перегруппировки тылов не хватало горючего и боеприпасов.

В течение 7–13 января во всех войсковых звеньях шла работа по подготовке к наступлению. 8 января стрелковые дивизии армии приступали к разведке боем обороны противника, выделив для этого по одному усиленному стрелковому батальону. Для достижения скрытности наступления им была присвоена нумерация батальонов оборонявшейся здесь 350-й стрелковой дивизии 6-й армии, которая прикрывала сосредоточение танковой армии.

К исходу 13 января войска армии заняли исходное положение для наступления и были готовы к нанесению удара по врагу. К этому времени армия имела в строю 371 танк (с 201-й танковой бригадой, приданной 7-му кавалерийскому корпусу), 1588 орудий и минометов (без зенитной артиллерии), из них 355 противотанковых орудий калибра 45 мм, 47 установок РС БМ-8 и БМ-13. С целью создания необходимых артиллерийских плотностей для артиллерийской подготовки привлекалась и противотанковая артиллерия.

Перед войсками Воронежского фронта, левым крылом Брянского фронта и правым крылом Юго-Западного фронта оборонялась вражеская группа армий «Б» в составе 2-й немецкой, 2-й венгерской и 8-й итальянской армий, в которых насчитывалось около 30 дивизий. Непосредственно на кантемировском направлении, где предстояло наступать 3-й танковой армии, оборонялся 24-й немецкий танковый корпус, состоявший из пяти пехотных дивизий (19, 213, 298, 385, 387-я), 27-й танковой дивизии и нескольких отдельных пехотных полков. Этот корпус в декабре 1942 года понес значительные потери и не успел создать сплошного фронта обороны.

57 тысяч итальянцев, входивших в альпийский корпус, занимали позиции на Верхнем Дону. Слева от них располагалась 2-я венгерская армия, справа — 24-й немецкий корпус, прикрывавший участок фронта, оставленный итальянскими дивизиями в ходе декабрьского отступления. В январе 1943 года против них и были направлены удары Воронежского фронта. Это наступление осуществлялось как первая после Сталинграда операция на окружение.

2-я венгерская армия состояла из 6, 7, 9, 10, 12, 13, 19, 20, 23-й пехотных дивизий, лыжных батальонов 8-й и 22-й кавалерийских дивизий и 1-й бронетанковой венгерской дивизии.

Боевой состав бронетанковых соединений вермахта и его союзников по коалиции был невелик: на Сторожевском плацдарме в районе населенного пункта Болдыревка 13 января был введен в бой 700-й сводный отдельный танковый батальон вермахта в составе 10 средних танков Pz.Kpfw.IV Ausf.F1, 40 легких танков чешского производства Pz.Kpfw.38 (t) и 10 CАУ StuG III Ausf.F/F8 из 201-го дивизиона штурмовых орудий. При поддержке 7-го пехотного полка венгров данная группировка атаковала советские войска в направлении на Урыв. 17 января в районе поселка Марки при поддержке 19-го пехотного полка была введена в бой 1-я танковая дивизия венгров в составе около 20 Pz.Kpfw.IV Ausf.F1, Pz.Kpfw.38 (t), 19 легких танков «Толди I/IIa» и 18 бронеавтомобилей «Чаба». Оба танковых соединения противника, понеся значительные потери (до 50 % материальной части), с боями отошли в западном направлении. В боях на Верхнем Дону также участвовали остатки 27 тд, вероятно 138-й отдельный танковый батальон (30 Pz.Kpfw.IV и 8 Pz.Kpfw.III) и подразделения 18-й танковой дивизии[15].