После отхода 9-й армии ее стык с 18-й армией оказался частично прикрытым только 136-й стрелковой дивизией, которая была теперь передана 18-й армии. Однако между 136-й стрелковой дивизией и остальными частями 9-й армии после отхода этих последних на новые рубежи образовался разрыв. Для его заполнения была спешно переброшена из состава 18-й армии 96-я стрелковая дивизия, занявшая оборону на широком фронте. Таким образом, вплоть до окончания сосредоточения 37-й армии, только еще начавшегося 10 ноября, этот участок фронта был слабо обеспеченным.
Наконец, полуохватывающее положение по отношению к Ростовскому району облегчало противнику удар во фланг 56-й отдельной армии, оборонявшей район Ростова.
Все эти обстоятельства настойчиво требовали скорейшего осуществления готовившегося контрманевра, имевшего целью нанести поражение 1-й танковой армии противника.
Как указывалось выше, Ставка Верховного главнокомандования поставила задачу: разгромить 1-ю танковую армию Клейста и остановить дальнейшее продвижение противника на южном стратегическом направлении.
Таблица боевого состава армий Южного фронта (по состоянию на 16 ноября 1941 года)
| 12-я армия | |
| Стрелковых дивизий | 4 (230, 15, 74, 261) |
| Артиллерии дивизионов | 3 (1/370 кап, 374 гап) |
| Бронепоездов | 2 (№ 3 и 11) |
| 18-я армия | |
| Стрелковых дивизий | 4 (296, 383, 395, 136) |
| Артиллерии — полков | 1 (530 ап ПТО) |
| Кавалерийских дивизий | 2 (38, 30) |
| Кроме того — моторизованная группа Колосова | |
| 37-я армия | |
| Стрелковых дивизий | 6 (51, 96, 99, 253, 216, 295) |
| Кавалерийских дивизий | 2 (35, 56) |
| Артиллерии противотанковых полков | 4 (251, 186, 754, 558) |
| Артиллерии качественного усиления полков | 4 (437 и 266 кап, 269 гап, 8 ап РГК) |
| Бронепоездов | 3 (№ 2, 6, 8) |
| Танковых бригад | 3 (132, 2, 3) |
| 9-я армия | |
| Стрелковых дивизий | 3 (30, 150, 339) |
| Кавалерийских дивизий | 1 (66) |
| Бронепоездов | 1 (№ 10) |
| Артиллерийских полков | 1 (648 кап) |
| Танковая бригада | 1 (142) |
Во исполнение этой задачи, по указанию главнокомандующего Юго-Западным направлением, Южный фронт (план проведения наступательной операции в период 10–23 ноября был утвержден Военным советом Южного фронта 13 ноября 1941 года. — Примеч. авт.) должен был своим левым крылом нанести удар во фланг и тыл частям 1-й танковой армии противника, вышедшим район Астахово, Миллерово, Аграфеновка, и во взаимодействии с 56-й отдельной армией уничтожить их.
С этой целью в районе Каменск, Краснодон, Тацын сосредоточилась ударная группировка (впоследствии 37-я армия) в составе 6 стрелковых дивизий (51, 6, 99, 253, 216, 295 сд), трех танковых бригад (132, 2, 3 тбр), четырех тяжелых артиллерийских полков (437 и 266 кап, 269 гап, 8 ап РГК), четырех противотанковых артиллерийских полков (251, 186, 754, 558 ап ПТО), двух гвардейских минометных дивизионов и трех инженерных батальонов. Сосредоточение ударной группировки с юга прикрывалось двумя стрелковыми дивизиями (из числа вошедших в ее состав), тремя бронепоездами (№ 2, 6, 8) и обеспечивалось от ударов с воздуха фронтовой и армейской авиацией (204 исправных самолета) и полковой зенитной артиллерией.
Для обеспечения 37-й армии автотранспортом с 11 ноября 1941 года наступательной группировке придавались: из 448 атб — 200 автомашин, из 437 атб — 100 автомашин с приспособлением из них 30 машин под санитарную эвакуацию, из 456 атб — 80 автомашин с контейнерами для подвоза горючего и из 7 отб — 30 тракторов с тарой для горючего.
Вновь созданная 37-я армия (командующий генерал-майор А.И. Лопатин, член Военного совета дивизионный комиссар Н.К. Попов, начальник штаба генерал-майор И.С. Варенников) должна была нанести удар в направлении на Большекрепинскую.
В соответствии с общим оперативным замыслом 12 ноября директивой Военного совета Южного фронта армиям были поставлены следующие задачи:
«12 А в составе 230, 15, 74 сд, 370, 374 ап, БЕПО № 11 — продолжать прочно удерживать занимаемый рубеж, не допуская прорыва противника в направлении Артемовск, Серго…
18 А в составе 296, 383, 395, 136 сд, сводного погранотряда, 30 и 38 кд, 530 ап ПТО, 2/2 гв. минп., продолжая удерживать занимаемый рубеж и не допуская прорыва противника в стыке с 9А, с утра 16.11 своим левым флангом силами двух сд перейти в наступление в общем направлении Дьяково, Дмитриевка и к исходу 19.11 выйти на рубеж р. Миус…
37А в составе 51, 96, 99, 253, 216, 295 сд, 437, 269, 266 кап, 8 ап РГК, 251, 186, 754, 558 ап ПТО, 2, 3, 132 тбр, 1 и 3/2 гв. минп., БЕПО № 2, 6, 8 с утра 16.11 нанести удар с фронта Дарьевка, Должанская в общем направлении Большекрепинская с задачей во взаимодействии с 56 и 9А уничтожить прорвавшуюся танковую армию Клейста и к исходу 19.11 выйти на рубеж р. Тузлов…
9 А в составе 30,150, 339 сд, 66 кд, 142 тбр, 648 кап, БЕПО № 10, продолжая удерживать занимаемый рубеж и не допуская прорыва противника в направлении на Шахты, силами не менее одной сд, одной тбр, одной кд наступает в общем направлении Новошахтинск, Болдыревка, с задачей содействовать 37А в уничтожении танковой армии Клейста.
Кавкорпусу (35 и 56 кд) с мотобригадой НКВД к утру 16.11 сосредоточиться в районе Каменка, Медвежинский, Шляхтино, и с выходом пехоты на рубеж Дьяково, Гринфельд перейти в наступление из-за левого фланга 18А в общем направлении Ровеньки, Куйбышево, Артемовка с задачей: действуя по ближайшим тылам чистяковской группировки противника, выходом на рубеж реки Крынка, обеспечить с запада ударную группировку Южного фронта — войска 37А».
Задачи 56-й отдельной армии, не входившей в состав Южного фронта, были поставлены директивой Ставки от 14 ноября за № 004851. В этот день (14 ноября) состоялись телеграфные переговоры начальника Генерального штаба маршала Советского Союза Шапошникова с главнокомандующим юго-западного направления маршалом Тимошенко. В соответствии с этой директивой Ставки маршал Шапошников следующим образом определил 56-й армии: «В связи со снижением ударной группы противника к югу и нацеливанием ее на фронт 56 армии, основной задачей 56 отдельной армии является прочное удержание Ростовско-Новочеркасского района. При успехе наступления Южного фронта и отвлечения тем на себя части ударной группы противника 56 отд. армия обязана коротким контрударом содействовать Южному фронту в достижении общего поражения противника».
Таким образом, в основу оперативного решения командования Южного фронта был положен концентрический удар, наносимый 37-й армией и частью сил ее соседей с целью окружения и уничтожения той группировки 1-й танковой армии Клейста, которая выдвинулась в район Астахово, Миллерово, Аграфеновка, и последующего наступления во фланг и в тыл остальным частям 1-й танковой армии немцев.
В период подготовки наступления авиация 18-й и 9-й армий получала задачу препятствовать дальнейшему распространению противника на север и восток; авиация 37-й армии совместно с военно-воздушными силами Южного фронта должна была прикрывать сосредоточение 37-й армии, уничтожая при этом противника. Военно-воздушные силы Южного фронта действовали преимущественно в полосе наступления 37-й армии. Кроме того, на них возлагалась задача по уничтожению авиации противника на его аэродромах. Военно-воздушные силы 56-й армии, помимо уничтожения мотомеханизированных частей противника в полосе действия 56-й армии, должны были громить авиацию противника на ее аэродромах.