операции в штаб Рокоссовского 21 декабря прибыл представитель Ставки – главный артиллерист страны генерал-полковник Н.Н. Воронов. Он должен был координировать действия Донского и Сталинградского фронтов. Однако через неделю Сталин решил упростить систему управления и возложить ответственность на одного из командующих. С подачи Г.К. Жукова дело окончательной ликвидации группировки Паулюса поручили генералу Рокоссовскому. Чем смертельно, на всю жизнь, был обижен генерал Еременко. Андрей Иванович участвовал в Сталинградской битве с самого начала и вполне обоснованно считал, что раз его фронт выдержал самые тяжелые испытания, отстоял город, перешел в контрнаступление, то именно ему, по справедливости, должны были доверить поставить в сталинградской эпопее победную точку. Но Иосиф Виссарионович решил иначе. Директивой от 30 декабря Донскому фронту были переданы 62, 64-я и 57-я армии Сталинградского фронта.
Оскорбленный в лучших чувствах Еременко писал в дневнике: «Первостепенное значение имеют не заслуги, а взаимоотношения с начальством...»
План операции, утвержденный 4 января 1943 года, предусматривал нанесение рассекающего удара с запада на восток силами 65-й армии (27, 40-я гвардейские, 23, 24, 304, 321, 252, 258, 173, 214-я стрелковые, 1, 4, 11-я артиллерийские дивизии, 91-я танковая бригада). На первом этапе операции на нее возлагалась задача наступать в юго-восточном направлении на Новый Рогачик и во взаимодействии с 21-й армией (52-я и 51-я гвардейские, 278, 293, 277, 96, 120-я стрелковые, 19-я тяжелая артиллерийская дивизия, 121-я танковая бригада) и ударными группировками 64-й и 57-й армий уничтожить противника, оборонявшегося к западу от реки Россошка. В составе 65-й армии сосредоточивалось более четверти сил и средств всего фронта: 36 артполков, в том числе два большой мощности с 203-мм орудиями, пять зенитных полков и пять полков реактивных минометов (как утверждает маршал К.П. Казаков, «на каждых трех пехотинцев приходилось по два артиллериста»). В ее интересах должна была действовать основная масса авиации 16-й воздушной армии. Левый фланг Батова обеспечивала 24-я армия Галанина (120, 49, 84, 233, 298, 260-я стрелковые дивизии).
На втором этапе главный удар планировалось перенести в полосу 21-й армии, которая, взаимодействуя с 65, 57-й и 64-й армиями, должна была развивать наступление на Воропоново. Затем предусматривался общий окончательный штурм.
Из резерва Ставки ВГК в состав фронта передавались еще одна артиллерийская дивизия, два полка и один дивизион артиллерии большой мощности, пять истребительно-противотанковых артполков, две дивизии реактивной артиллерии, один зенитный артиллерийский полк, семь гвардейских танковых полков прорыва, 20 тысяч человек маршевого пополнения.
Всего к началу проведения операции в составе Донского фронта насчитывалось 39 стрелковых дивизий, 10 стрелковых, мотострелковых и морских бригад, 7 авиационных дивизий, 45 минометных и артиллерийских полков РГК, 10 полков реактивной артиллерии, 5 танковых бригад, 14 танковых полков, 17 артиллерийских