Противник напряженно готовился к тому, чтобы сорвать наступление советских войск. С этой целью в декабре 1942 г. на главной полосе обороны и промежуточных рубежах была оборудована сеть опорных пунктов и узлов сопротивления. В западной части района использовались сооружения бывшего нашего среднего оборонительного обвода, проходившего по левому берегу Россошки и далее на юго-восток по правому берегу Червленой. На этом рубеже противник создал сплошную линию укреплений. В восточной части кольца, где также проходил бывший наш внутренний оборонительный обвод, были оборудованы опорные пункты и узлы сопротивления, причем сеть их распространялась в глубину до десяти километров, вплоть до самого Сталинграда. Противник широко применял минирование подходов к опорным пунктам и на танкоопасных направлениях. Для обороны были приспособлены железнодорожные насыпи, выбывшие из строя танки, вагоны и паровозы. Таким образом, окруженный противник не только имел значительные силы, но и опирался на хорошо подготовленные в инженерном отношении позиции, значительно развитые в глубину.
К началу наступления Донской фронт получил из резерва Ставки ВГК 20 тыс. человек пополнения, что для семи армий являлось каплей в море. Кроме того, было набрано еще около 10 тыс. человек за счет сокращения обслуживающего состава тылов, разгрузки госпиталей и медсанбатов. По настоянию генерала Воронова Ставка ВГК придала фронту артиллерийскую дивизию прорыва, два артиллерийских пушечных полка и один артиллерийский дивизион большой мощности, пять истребительно-противотанковых артиллерийских, один зенитный артиллерийский и три гвардейских танковых полка, две гвардейские минометные дивизии.
Для нанесения главного удара по решению генерала Рокоссовского привлекались три армии: в центре на узком фронте ставилась 65-я; справа к ней примыкала 21-я, а слева – 24-я. Вся авиация 16-й воздушной армии предназначалась для действий на главном направлении. Остальные армии – 57, 64, 62 и 66-я – должны были наступать с ограниченными целями на отдельных участках, стремясь приковать к себе как можно больше войск противника, лишая его возможности маневрировать силами. Этим армиям предстояло ограничиться только своими штатными средствами.