На московском направлении, на участке от Холма до Волхова, по-прежнему была сосредоточена основная группировка советских войск. В сумме силы двух фронтов и Московской зоны обороны с резервами Ставки насчитывали 1890 тысяч человек, более 24 тысяч орудий и минометов, 3375 танков и 1100 самолетов.

Им противостояли 72 дивизии группы армий «Центр», которая вместе с резервами имела около 1680 тысяч человек, до 3500 танков.

Сравнивая силы сторон, необходимо помнить, что численный перевес Красной Армии выражался еще и в том, что полная смена войск в ней происходила гораздо быстрее, чем у противника. В конце 1942 года личный состав в стрелковых ротах обновлялся в течение недели-двух. М. Абдулин сообщает, что «за два месяца боев весь личный состав в ротах сменился полностью по несколько раз»! Поэтому зачастую потери советских армий и фронтов при проведении наступательных операций превышали 100% от исходного количества войск.

Из одиннадцати армий Западного фронта генерала Конева в наступлении должны были участвовать 20-я, 31-я и 29-я. Основной удар наносила 20-я армия под командованием генерал-майора Н.И. Кирюхина в составе шести стрелковых дивизий и четырех танковых бригад. После прорыва вражеской обороны в ее полосе предполагалось ввести в сражение подвижную группу под общим командованием генерал-майора В.В. Крюкова в составе 6-го танкового, 2-го гвардейского кавалерийского корпусов и 1-й самокатно-мотоциклетной бригады. «Нам вновь предстояло форсировать Вазузу… — пишет генерал Гетман, — а затем наступать на ту самую Сычевку, к которой войска фронта не смогли прорваться в августе».

От Калининского фронта генерал-полковника М.А. Пуркаева выделялись также три армии. 41-я армия под командованием генерал-майора Ф.Г. Тарасова и 22-я армия генерал-майора В.А. Юшкевича наносили удар на восток, навстречу частям Западного фронта, а 39-я армия генерал-майора А.И. Зыгина должна была наступать на юг, в направлении Оленино. В полосе 41-й армии для развития успеха планировалось ввести в бой 1-й механизированный корпус генерала Соломатина.

К формированию механизированных корпусов в Красной Армии вновь приступили в сентябре 1942 года. Опыт войны показал, что в составе танковых войск необходимо иметь моторизованную пехоту, которая могла бы обеспечивать действия танков и закреплять захваченные ими районы и рубежи. С другой стороны, там, где применение чисто танковых корпусов может быть затруднено условиями местности, предусматривалось использовать механизированные соединения, которые должны были иметь больше мотопехоты. В состав корпусов входили по три механизированные (каждая такая бригада имела танковый полк — 339 человек и 39 танков), одна-две танковые бригады, полк ПТО, полк ПВО, дивизион гвардейских минометов, бронеавтомобильный, инженерно-минная рота, части обеспечения. Корпус Соломатина насчитывал 15 200 бойцов и 224 танка, из них 10 KB, 119 Т-34 и 95 Т-70. Кроме того, в резерве 41-й армии находились 47-я и 48-я танковые бригады — еще сотня танков.

В полосе 22-й армии, кроме 185-й, 238-й стрелковых дивизий, должен был действовать 3-й мехкорпус генерал-майора М.Е. Катукова — три механизированные и одна танковая бригада, 13 500 человек, 175 танков. В резерве командарма имелась 114-я стрелковая бригада и 39-й танковый полк.

Для проведения операции «Марс» выделялось в общей сложности 545 тысяч человек и 1200 танков.

Группа армий «Центр» за прошедшее время значительно усилилась. В октябре-ноябре сюда было переброшено в общей сложности 16 дивизий. Непосредственно в Ржевско–Вяземском выступе перед фронтом 20-й и 31-й советских армий оборону занимал 39-й танковый корпус, состоявший из 5-й танковой, 78-й и 102-й пехотных дивизий. Позади них располагались резервы — 9-я танковая и 95-я пехотная дивизии. На западном фасе выступа перед 22-й и 41-й армиями находился немецкий 41-й танковый корпус, позади которого тоже имелись армейские резервы — 1-я танковая дивизия и мотодивизия «Великая Германия». Севернее оборону занимал 23-й армейский корпус — 110-я и 206-я пехотные, 14-я моторизованная дивизии.

Немцы хорошо подготовились к зимней кампании. Не в пример прошлой зиме, весь личный состав был снабжен теплым обмундированием. Оборона непрерывно совершенствовалась в инженерном отношении. На всех направлениях вероятных ударов советских войск были выставлены минные поля, созданы мощные опорные пункты, система дзотов. В полосе Западного фронта, по признанию Гетмана: «Наиболее укрепленной оказалась полоса предстоявшего наступления нашей подвижной группы, тянувшаяся от Кортнево до населенного пункта Хлепень».

У основания выступа располагались резервы группы армий «Центр» — 12-я, 19-я и 20-я танковые дивизии. В критической ситуации они могли быть достаточно быстро переброшены на угрожаемое направление.

Одновременно на своем правом крыле Калининский фронт готовился проводить еще одну операцию — наступление 3-й ударной армии генерал-майора К.Н. Галицкого на Великие Луки и Невель с целью перерезать в районе Новосокольники железную дорогу Ленинград–Витебск. В перспективе советское командование рассчитывало, ликвидировав великолукский плацдарм противника, открыть путь в Прибалтику. В 3-ю ударную армию входили 5-й гвардейский стрелковый корпус генерал-майора А.П. Белобородова, пять стрелковых дивизий, пять отдельных танковых, семь артиллерийских полков и девять полков гвардейских минометов. В резерве командарма находились 2-й механизированный корпус, 184-я танковая и 31-я стрелковая бригада.

Общий замысел сводился к следующему. Главный удар южнее Великих Лук в обход города с северо-запада наносил 5-й стрелковый корпус — 9-я и 46-я гвардейские, 357-я стрелковая дивизии. Навстречу Белобородову из района севернее Великих Лук наступала 381-я стрелковая дивизия полковника Б.С. Маслова. С фронта город охватывала 257-я стрелковая дивизия полковника A.A. Дьяконова. В полосе прорыва главных сил 5-го стрелкового корпуса вводился 2-й механизированный корпус под командованием генерала И.П. Корчагина — три механизированные и две танковые бригады — с задачей овладеть железнодорожным узлом Новосокольниково. Южнее гвардейцев Белобородова наносили вспомогательные удары 21-я гвардейская и 28-я стрелковая дивизии 3-й ударной армии и правофланговая 360-я дивизия 4-й ударной армии. Обеспечение правого фланга ударной группировки возлагалось на 31 -ю стрелковую бригаду, левый фланг прикрывала 184-я танковая бригада.

Жуков план утвердил лично. Это по его «совету» все силы 3-й ударной армии были выстроены фактически в один эшелон. Генерал Галицкий хотел оставить в резерве 21-ю гвардейскую дивизию позади своего левого фланга, но представитель Ставки приказал выдвинуть дивизию в первый эшелон и тем самым «расширить участок прорыва и увеличить начальную силу удара». Великий полководец Жуков никогда не понимал, зачем нужны оперативные резервы, у него никто не оставался «без дела». Наступать должны были все — 95 608 человек, 743 орудия, 1346 минометов, 46 установок РС, 390 танков. Более 500 орудий должно было сопровождать пехоту в боевых порядках.

Противник в полосе предстоящего наступления, не имея достаточно войск, сосредоточил свои усилия на защите наиболее важных участков. Район Великих Лук обороняли части 83-й пехотной дивизии генерала Шерера и один охранный батальон. Город был превращен в мощный, подготовленный к круговой обороне узел сопротивления, насыщенный огневыми средствами. Многие здания были превращены в долговременные огневые точки, взаимодействующие друг с другом и перекрывавшие огнем улицы и перекрестки. Передний край обороны проходил в 5 км от городских окраин. Южнее, в районе Мартьяново, участок прикрывался двумя отдельными батальонами. Между этими двумя «группировками» и севернее Великих Лук имелись лишь небольшие гарнизоны в отдельных населенных пунктах.