Решающая роль в проведении операции «Уран» — контрнаступлении Красной Армии в районе Сталинграда — безусловно, отводилась танковым и механизированным войскам.
В танковые войска Юго-Западного фронта входили 5-я танковая армия, 4-й танковый корпус и три танковых полка. В составе войск Сталинградского фронта находились 4-й механизированный и 13-й танковый корпуса, восемь отдельных танковых бригад (13-я, 56-я, 84-я, 90-я, 235-я, 236-я, 254-я и 6-я гвардейская) и три отдельных танковых батальона. Донской фронт имел 16-й танковый корпус и четыре отдельные танковые бригады (9-ю, 10-ю, 58-ю и 121-ю). Всего в составе этих трёх фронтов насчитывалось 979 танков, из которых более 80 % находились на Юго-Западном и Сталинградском фронтах.
5-я танковая армия имела в своём составе 1-й, 26-й танковые и 8-й кавалерийский корпуса, шесть стрелковых дивизий (14-я и 47-я гвардейские, 119-я, 124-я, 159-я и 346-я), 8-ю отдельную танковую бригаду, мотоциклетный полк, два отдельных танковых батальона, 26 артиллерийских и миномётных полков и специальные средства усиления. Армия получила задачу прорвать оборону противника на участке в 10 км и, развивая успех в направлении Перелазовский, Калач, Советский, совместно с подвижными соединениями Сталинградского фронта окружить основную группировку немецких войск, действовавшую в районе Сталинграда. Танковые корпуса составляли подвижную группу армии и предназначались для развития успеха. В сражение их намечалось ввести в первый день операции после прорыва стрелковыми дивизиями главной полосы обороны противника, на глубине 8–10 км от переднего края. Глубина задач обоих танковых корпусов достигала 140 км. Это расстояние планировалось преодолеть в течение трёх суток, со среднесуточным темпом 40–45 км.
Вслед за 1-м танковым корпусом в прорыв намечалось ввести 8-й кавалерийский корпус и 8-й мотоциклетный полк. При этом последний получил задачу после ввода в прорыв обогнать танковый корпус и к исходу первого дня операции выйти к реке Чир, в 30 км западнее Суровикино, перерезав железную дорогу на участке Сталинград — Лихая. Кавалерийский корпус наступлением в южном направлении должен был обеспечить действия ударной группировки армии с запада и юго-запада.
Механизированный и танковый корпуса Сталинградского фронта также решено было использовать для развития успеха. 13-й танковый корпус должен был в первый день операции войти в сражение в полосе 57-й армии и стремительным броском к исходу дня выйти в район Рокотино, имея задачу не допустить отхода войск противника из Сталинграда в юго-западном направлении. Глубина задачи корпуса составляла 60–65 км. 4-й механизированный корпус получил задачу развить наступление 51-й армии в западном направлении, к исходу второго дня выйти в район Советского и во взаимодействии с подвижными соединениями Юго-Западного фронта завершить окружение немецких войск в районе Сталинграда. За два дня корпусу предстояло преодолеть с боями около 90 км.
Отдельные танковые бригады, полки и батальоны всех армий планировалось использовать для непосредственной поддержки пехоты. Выделенных для этой цели танков не хватало, поэтому плотность на участках прорыва не превышала 5–6 танков на 1 км фронта, что было явно недостаточно. Поэтому для усиления пехоты командующие фронтами были вынуждены использовать машины танковых и механизированных корпусов. Например, для выполнения задач по непосредственной поддержке пехоты была привлечена 216-я танковая бригада 26-го танкового корпуса; в 51-й армии — два танковых полка 4-го механизированного корпуса; в 57-й армии — танковый полк 13-го танкового корпуса. Эти меры позволили повысить плотность танков непосредственной поддержки пехоты, в частности, в 5-й танковой армии она составила 12–14 боевых машин на 1 км фронта.