Советское Верховное Главнокомандование правильно оценивало обстановку, сложившуюся на фронте к осени 1942 г., а также общее соотношение сил между фашистской Германией и СССР. Трезвый анализ показывал, что в ходе борьбы возникли предпосылки для решительного перелома в ходе войны. Что касается стратегической и оперативной обстановки, то наибольшие преимущества складывались для нанесения сокрушительного удара по главной и наиболее активной группировке противника на южном крыле советско-германского фронта. Так возник замысел окружения и уничтожения группировки противника в районе Сталинграда с последующим разгромом войск всего южного крыла немецко-фашистской армии. Осуществление этого замысла вело не только к ликвидации результатов летнего наступления врага, но и к лишению его стратегической инициативы. Все последующее развитие военных событий должно было определяться волей Красной Армии и советского народа. Таким образом, осуществление плана контрнаступления на юге имело огромное значение для развития борьбы на всем советско-германском фронте и в целом для исхода второй мировой войны.
Юго-Западный фронт получил задачу нанести главный удар с плацдармов в районах Серафимовича и Клетской, разгромить войска 3-й румынской армии, к исходу третьего дня операции выйти в район Калача и соединиться с войсками Сталинградского фронта, замкнув кольцо окружения вокруг 6-й немецкой армии. Одновременно 1-я гвардейская армия должна была нанести удар в юго-западном направлении, выйти на рубеж рек Кривая и Чир и создать внешний фронт окружения. Поддержка войск фронта с воздуха возлагалась на 17-ю воздушную армию и часть сил 2-й воздушной армии Воронежского фронта.
Сталинградский фронт должен был нанести главный удар из района Сарпинских озер, разгромить 4-ю румынскую армию и, развивая наступление в направлении Советский, Калач, соединиться там с войсками Юго-Западного фронта. Часть сил фронта получила задачу наступать в направлении Абганерово, Котельниковский и образовать на этом рубеже внешний фронт окружения. Прикрытие и поддержка с воздуха войск фронта возлагались на 8-ю воздушную армию.
Донской фронт наносил удары с плацдарма в районе Клетской и из района Качалинской по сходящимся направлениям на Вертячий с задачей окружить и уничтожить войска противника, оборонявшиеся в малой излучине Дона. В последующем совместно с войсками Юго-Западного и Сталинградского фронтов он должен был принять участие в уничтожении окруженной в районе Сталинграда основной группировки немецко-фашистских войск. Войска Донского фронта должна была поддерживать 16-я воздушная армия . Сроки перехода в контрнаступление были такие: для Юго-Западного и Донского фронтов -- 19 ноября, для Сталинградского -- 20 ноября. Это обусловливалось необходимостью одновременного выхода ударных группировок фронтов в район Калач, Советский. Войска ударной группировки Юго-Западного фронта должны были за трое суток преодолеть 110--140 км, а войска Сталинградского фронта за двое суток -- 90 км.
По решению командующих армиями их ударные группировки осуществляли прорыв на одном участке шириной от 5 до 16 км. В отдельных случаях удары двух армий наносились смежными флангами. Оперативное построение было в два эшелона, за исключением 51-й и 57-й армий, имевших одноэшелонное построение. В пяти армиях из семи создавались подвижные группы в составе двух танковых и кавалерийского корпусов, танкового корпуса, танкового и кавалерийского корпусов , механизированного и кавалерийского корпусов . Подвижные группы не создавались только в 64-й и 65-й армиях. В 5-й танковой армии при двухэшелонном построении выделялся и общевойсковой резерв в составе стрелковой дивизии. Во всех армиях, входивших в ударные группы фронтов, создавались артиллерийские группы дальнего действия, зенитно-артиллерийские группы и группы гвардейских минометных частей. Такое оперативное построение армий обеспечивало нанесение сильного первоначального удара и возможность наращивания усилий в ходе наступления. Основной задачей подвижных групп армий в первый день операции являлся захват ближайших узлов дорог на путях выдвижения резервов противника. В том случае, если оборона противника не будет прорвана, подвижные группы должны были принять участие в завершении ее прорыва. Их ввод в сражение предусматривался из исходных районов, находившихся в 10--20 км от переднего края, или непосредственно из выжидательных районов. В последующем подвижные группы должны были стремительно продвигаться вперед с целью создания внутреннего фронта окружения.
Совместно с армейскими полками ПВО и отдельными зенитными дивизионами они образовывали армейские зенитные артиллерийские группы. Инженерное обеспечение предусматривало ведение инженерной разведки, подготовку исходных районов (позиций) для наступления, проделывание проходов в минных полях, постройку мостов и наведение понтонных переправ, устройство колонных путей и закрепление захваченных рубежей. В целях достижения скрытности оперативных перегруппировок все передвижения в своем тылу осуществлялись только ночью или в ненастную погоду. Важное место отводилось организации взаимодействия, особенно между родами войск, а также управлению войсками во всех звеньях, материально-техническому обеспечению, прежде всего боеприпасами, горючим, продовольствием и теплой одеждой.