Танковые корпуса 5-й танковой армии должны были войти в прорыв, образуемый в построении войск противника наступлением стрелковых соединений. К началу наступления армия П.Л.Романенко занимала фронт шириной 35 км. Два кавалерийских корпуса должны были продвинуться максимально глубоко в расположение противника и образовать внешний фронт окружения.

Действия наземных войск фронта поддерживались 2-й воздушной армией генерал-майора авиации К.И.Смирнова и 17-й воздушной армией генерал-майора авиации С.А.Красовского.

Ударная группировка Сталинградского фронта должна была перейти в наступление на 70-километровом участке фронта и, развивая удар в северо-западном направлении, она должна была выйти в район Калача, Советского и соединиться с войсками Юго-Западного фронта, замкнув тем самым кольцо окружения немецких войск, находившихся в районе Сталинграда. В состав войск Сталинградского фронта входили 62, 64, 57, 51-я и 28-я армии. К 18 ноября 1942 г. они насчитывали в общей сложности двадцать четыре стрелковые дивизии, один кавалерийский и два механизированных корпуса, семь танковых, две мотострелковые и пятнадцать стрелковых бригад.

Наступление войск Сталинградского фронта поддерживалось действиями 8-й воздушной армии под командованием генерал-майора авиации Т.Т.Хрюкина.

В полосе Сталинградского фронта планировалось нанесение двух ударов. Один удар наносился из района Ивановки силами трех стрелковых дивизий и двух танковых бригад 64-й армии генерал-лейтенанта М.С.Шумилова и двух стрелковых дивизий, одной стрелковой, одной танковой и одной мотострелковой бригад 57-й армии генерал-майора Ф.И.Толбухина. На ударную группировку 57-й армии возлагалась задача прорыва фронта противника и ввод в прорыв 13-го механизированного корпуса. Последний должен был выступать эшелоном развития успеха и готовить почву для образования внутреннего фронта окружения. По следам 13-го механизированного корпуса 57-я армия совместно с войсками левого фланга 64-й армии должна была развивать удар в северо-западном направлении с целью формирования внутреннего фронта окружения 6-й немецкой армии.

Второй удар наносила 51-я армия генерал-майора Н.И.Труфанова. Армия должна была прорвать фронт противника на перешейках между озерами Сарпа, Цаца и Барманцак и ввести в прорыв 4-й механизированный корпус для установления связи с войсками Юго-Западного фронта в общем направлении на Калач. 4-й кавалерийский корпус должен был выдвинуться в район Абганерово для формирования внешнего фронта окружения. С этой же целью после прорыва фронта должна была наступать в юго-западном направлении и часть сил 51-й армии.

Между двумя «клешнями» советских «канн» располагался получивший вспомогательные задачи в общем наступлении Донской фронт. К моменту начала контрнаступления в его состав входили 65, 24-я и 66-я армии. Они насчитывали в общей сложности двадцать четыре стрелковые дивизии, шесть танковых бригад и один танковый корпус. Задачей Донского фронта было нанесение двух ударов своим правым флангом: главный удар силами правого фланга 65-й армии генерал-лейтенанта П.И.Батова из района Клетской на юго-востоке целью «свертывания» обороны противника и второй — силами правого фланга 24-й армии генерал-майора И.В.Галанина вдоль левого берега Дона на юг с целью отсечения войск противника, действовавших в малой излучине Дона, от его группировки в районе Сталинграда. Глубина операции для 65-й армии составляла 60 км, а для 24-й армии — 20 км.

Главный участник сентябрьских и октябрьских боев к северу от Сталинграда, 66-я армия генерал-лейтенанта А.С.Жадова на этот раз должна была выполнять вспомогательную задачу. Ей предписывалось своими активными действиями сковать противостоящего противника, лишив его возможности маневрировать резервами.

Действия наземных войск фронта поддерживались с воздуха 16-й воздушной армией генерал-майора авиации С.И.Руденко.

Следует отметить, что идеей разделения наступления на «танковое» и «пехотное» был пронизан не только план наступлений на московском и сталинградском направлениях, но и сам «Уран». Бедная тыловыми коммуникациями местность отдавалась для наступления преимущественно подвижными соединениями, а район с лучше развитой транспортной сетью получал больше стрелковых соединений. Наступавшие с рубежа озер южнее Сталинграда армии имели в своем составе мало стрелковых дивизий, но именно здесь были использованы механизированные корпуса — наиболее сильные на тот момент самостоятельные танковые соединения Красной Армии. Напротив, к северу от города танковая армия имела в своем составе целых шесть стрелковых дивизий и два танковых корпуса. Такая дифференциация состава ударных группировок облегчала сосредоточение войск в подготовительный период и само ведение операции.

В целом план операции «Уран» был простым и даже изящным. От участков прорыва на реке Дон к северу от Сталинграда и от цепочки озер к югу от города наступающие армии расходились веером, образуя внешний и внутренний фронт окружения противника. Середину «веера» образовывали обладавшие наибольшей пробивной силой танковые и механизированные корпуса, Они должны были первыми прорваться навстречу друг другу и не позволить противнику, так или иначе, удержать «коридор», связывающий с основными силами группы армий. На ближайших к городу флангах ударных группировок находилась наименее подвижная пехота. Внешний фронт окружения образовывали кавалерийские соединения. Последние не обладали большой пробивной силой, но меньше зависели от тылов и могли устойчиво продвигаться в глубь степи, отодвигая как можно дальше от окружаемой армии Паулюса исходные позиции возможного деблокирующего удара.

Разумеется, передвижения советских войск в подготовительный период контрнаступления под Сталинградом были замечены немцами. Начиная с середины октября командование группы армий «Б» получило множество сведений о концентрации советских войск в районе Саратова, что могло свидетельствовать о подготовке наступления на сталинградском направлении. К 3 ноября разведка сообщала, что советские войска готовятся к наступлению против 3-й румынской армии. Было отмечено также интенсивное строительство переправ, что не могло быть полностью объяснено необходимостью улучшения снабжения войск.

Однако все эти неизбежно просачивавшиеся к немцам данные были ими неправильно интерпретированы. В это же самое время немецкой разведке удалось получить сведения о готовящемся наступлении против Ржевского выступа — операции «Марс». Немецкие аналитики считали для Красной Армии невозможным проведение одновременно двух крупных наступательных операций на двух операционных направлениях. Также справедливо указывалось, что московское направление более привлекательно для советского командования по возможностям развития наступления на Смоленск или даже в тыл группе армий «Север». Еще одним аргументом была слабая дорожная сеть в южном секторе фронта. Вследствие этого крупное наступление должно было столкнуться с трудностями снабжения.

Как уже было сказано выше, советскому командованию удалось решить эти проблемы и организовать два крупных наступления за счет асимметричного перераспределения сил пехоты и танков. На московском направлении концентрировалась пехота для позиционных боев, а на сталинградском — самостоятельные механизированные соединения для маневренной войны. Концентрация танковых соединений позволяла привлечь к проведению операции «Уран» меньшее число пехотных соединение и тем самым меньше нагружать дорожную сеть.