В период подготовки операции в связи с необходимостью создания двух ударных группировок и слабого центра «канн» в центре построения советских войск было предложено разделение армий на сталинградском направлении между тремя фронтами. С целью сохранения тайны это разделение происходило в два этапа. Сначала директивой Ставки от 28 сентября 1942 г. Сталинградский фронт был переименован в Донской, а Юго-Восточный фронт — в Сталинградский. В конце октября 1942 г. был образован Юго-Западный фронт. Это решение было предложено еще на ранних этапах разработки операции, но в целях сохранения тайны его реализация была отложена на конец октября. Возглавил фронт генерал армии Н.Ф.Ватутин. В состав Юго-Западного фронта вошли 5-я танковая, 21-я армии и 63-я армия, переименованная в 1-ю гвардейскую армию, причем 63-я и 21-я армии были переданы Юго-Западному фронту из состава Донского фронта, а 5-я танковая армия была сформирована заново. По тогдашним представлениям командования Красной Армии об организации танковых объединений, 5-й танковая армия была смешанного состава, в нее входили два танковых корпуса, отдельная танковая бригада и пять стрелковых дивизий (47-я гвардейская, 119, 159, 203-я и 346-я стрелковые дивизии). Новинкой, внесшей национальный колорит в организационный аналог немецкого танкового корпуса, было подчинение танковой армии кавалерийского корпуса. Возглавил 5-ю танковую армию бывший командующий 3-й танковой армии П.Л.Романенко.
Помимо войск, переданных из Донского фронта, Юго-Западный фронт получил из резерва Ставки ВГК пять стрелковых дивизий (из числа выведенных ранее на доукомплектование), 1-й и 26-й танковые корпуса, одну танковую бригаду, три танковых полка, 8-й кавалерийский корпус, тринадцать армейских артиллерийских полков, семь армейских минометных полков и шесть полков реактивной артиллерии.
Соответственно Сталинградский фронт получил из резерва Ставки ВГК две стрелковые дивизии, 4-й кавалерийский корпус, 4-й механизированный корпус, три танковые бригады, шесть стрелковых бригад, одну мотострелковую бригаду, шесть артиллерийских полков ПВО, два артиллерийских полка ПТО, один мотоциклетный батальон, один дивизион реактивной артиллерии. Танковые бригады 13-го танкового корпуса Т.С.Танасчишина были переформированы в механизированные, что делало его де-факто механизированным корпусом. Более того, в некоторых источниках он проходит именно как 13-й механизированный корпус. Переформирование бригад существенно увеличило его возможности в качестве самостоятельного соединения, особенно в качестве эшелона развития успеха.
Главную роль в «Уране» должны были сыграть Юго-Западный и Сталинградский фронты, занимавшие позиции против флангов сталинградской операции немцев. Донской фронт выполнял задачу сковывания окружаемого противника и наступал своим правым крылом с ограниченными целями. Ударная группировка Юго-Западного фронта в составе 5-й танковой армии генерал-лейтенанта П.Л.Романенко и 21-й армии генерал-лейтенанта И.М.Чистякова развернулась на плацдармах на левом берегу Дона у Серафимовича и в районе Клетской. Она должна была прорвать оборону 3-й румынской армии и развивать подвижными войсками наступление на юго-восток с целью выхода на Дон на участке Нижне-Чирская, Большенабатовский. Общая глубина наступления войск фронта планировалась на 120 км с темпом наступления 40 км в сутки. При общей протяженности фронта в 245 км ударная группировка была развернута на левом крыле фронта на участке протяжением в 87 км. К началу контрнаступления Юго-Западный фронт насчитывал в своем составе двадцать три стрелковые дивизии, три танковых, один механизированный и два кавалерийских корпуса, три танковых полка, одну мотострелковую, одну танковую бригады, а также тридцать девять артиллерийских полков, семь минометных полков и семь полков реактивной артиллерии РГК.
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-восток с 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.
