В армейской артиллерийской группе (тогда она называлась «группа дальнего действия») находились 38-й и 129-й пушечные полки 8-й артиллерийской дивизии прорыва, а в минометной группе — 15-я и 16-я гвардейские минометные бригады.

К моменту прибытия танковой армии на станции разгрузки в ее составе (с приданными ей 173-й и 201-й танковыми бригадами) насчитывалось 493 танка, а в район Кантемировки к исходу 13 января прибыл только 371 танк. Остальные же 122 танка остались в пути из-за технических неисправностей. Большая часть из них была из 15-го танкового корпуса, и в первую очередь из 113-й и 195-й танковых бригад. Объяснялось это тем, что, планируя наступление Воронежского фронта, Ставка ВГК вначале решила усилить его только 12-м танковым корпусом армии, приказав командующему танковой армией полностью укомплектовать его личным составом и боевой техникой до штата за счет 15-го танкового корпуса. При этом было приказано все танки 12-го танкового корпуса, имевшие наименьший запас моточасов, передать 15-му танковому корпусу, а из 15-го корпуса передать 12-му танковому корпусу новые танки. Это и было сделано за счет 113-й и 195-й танковых бригад. Но вскоре было принято решение привлечь к проведению операции всю танковую армию. Поэтому перегруппировка 15-го танкового корпуса началась значительно позже 12-го танкового корпуса и он имел значительно меньше времени для подготовки к наступлению. Причем 113-я и 195-я танковые бригады прибыли в район сосредоточения только к исходу 12 января, имея в строю по 10–12 танков, остальные стояли в пути из-за технических неисправностей. По приказу командующего армией все исправные танки этих бригад были переданы 88-й танковой бригаде корпуса, а бригады выведены в армейский резерв с задачей организовать сбор и ремонт отставших танков. Таким образом, 15-й танковый корпус вынужден был начинать боевые действия без двух танковых бригад, имея в строю только 74 танка. Из-за задержки перегруппировки тылов не хватало горючего и боеприпасов.

В течение 7–13 января во всех войсковых звеньях шла работа по подготовке к наступлению. 8 января стрелковые дивизии армии приступили к разведке боем обороны противника, выделив для этого по одному усиленному стрелковому батальону. Для достижения скрытности наступления им была присвоена нумерация батальонов оборонявшейся здесь 350-й стрелковой дивизии 6-й армии, которая прикрывала сосредоточение танковой армии.

К исходу 13 января войска армии заняли исходное положение для наступления и были готовы к нанесению удара по врагу. К этому времени армия имела в строю 371 танк (с 201-й танковой бригадой, приданной 7-му кавалерийскому корпусу), 1588 орудий и минометов (без зенитной артиллерии), из них 355 противотанковых орудий калибра 45 мм, 47 установок РС БМ-8 и БМ-13[4]. С целью создания необходимых артиллерийских плотностей для артиллерийской подготовки привлекалась и противотанковая артиллерия.

Другой особенностью применения танков в этой операции было то, что для непосредственной поддержки пехоты стрелковым соединениям первого эшелона были приданы 7 отдельных танковых бригад и танковый полк. Это позволило создать тактические плотности в 10–15 танков на 1 км фронта, что давало возможность нанести сильный удар по противнику. Причем танковые бригады не распределялись по стрелковым полкам и батальонам, а использовались централизованно. Танковые корпуса З-й танковой армии намечалось ввести в сражение в первый же день для завершения прорыва главной полосы обороны, а в последующем они должны были развивать наступление с целью окружения вражеской группировки.

Авиацию 2-й воздушной армии (командующий — генерал К. Н. Смирнов) планировалось использовать двумя группами по направлениям. Северная группа поддерживала боевые действия 40-й армии и 18-го отдельного стрелкового корпуса, а южная — наступление З-й танковой армии и 7-го кавалерийского корпуса. Задачи авиации — поддержка пехоты и танков при прорыве ими обороны, прикрытие подвижных войск, нанесение ударов по резервам врага, его аэродромам и железным дорогам.

В отношении достижения внезапности наступления А. М. Василевский впоследствии вспоминал: «Мы разработали и провели в жизнь целую систему мероприятий по маскировке и сохранению в тайне всех перегруппировок войск и подготовительных работ. Уделено было также большое внимание мероприятиям по дезинформации противника». Проводились ложные перегруппировки войск, скрытное размещение макетов техники, расчистка дорог от снежных заносов на второстепенных направлениях. В полосах 38-й и 60-й армий имитировалось сосредоточение артиллерии путем оборудования огневых позиций, пристрелки отдельных орудий и т. д. Правда, скрытное развертывание ударных группировок осложнялось ограниченной площадью плацдармов, с которых переходили в наступление 40-я армия и 18-й отдельный стрелковый корпус. Поэтому почти все соединения днем двигались по тем дорогам, что выводили к пассивным участкам фронта, а затем, уже в ночное время, — в действительные районные сосредоточения.

В целом оперативная маскировка дала положительный эффект. Как показал потом попавший в плен командир 3-го венгерского армейского корпуса генерал Штом, венгерское командование, хотя и предвидело наступление советских войск, но в значительно меньших масштабах. Это и понятно: ведь состав советских войск в районе сторожевского плацдарма оно определило только на треть. А командование 24-го немецкого танкового корпуса на направлении главного удара 3-й танковой армии в районе Кантемировки вообще не выявило двух танковых и кавалерийского корпусов. В свою очередь, командование группы армий «Б» ожидало перехода советских войск в наступление из районов Лиски и Павловска, а потому сосредоточило свой резерв на направлении вспомогательного, а не главного удара Воронежского фронта.

Из-за большой удаленности ударных группировок друг от друга командование фронта особое место отводило организации управления войсками и тесного взаимодействия между ними. Для этого в армии и корпуса направлялись офицеры штаба фронта, при штабах армий создавались вспомогательные пункты управления боевыми авиационными группами. Поскольку командование фронта находилось в 180 км от южного участка прорыва, в 3-й танковой армии был также развернут вспомогательный пункт управления фронта. Командные пункты армий и корпусов были приближены к соединениям первого эшелона.

Не остались без внимания и вопросы материального обеспечения операции. Согласно решению командующего войсками Воронежского фронта, предусматривалось накопить 3–3,5 боекомплекта боеприпасов и 5 заправок горюче-смазочных материалов. При всем желании достигнуть этого к началу операции не удалось, особенно в 3-й танковой армии. Ведь для подвоза материальных средств она имела в общей сложности около 270 автомашин и 88 автоцистерн, а гужевой транспорт вообще отсутствовал. Командующему пришлось использовать для этого часть боевого автотранспорта, что влекло за собой спешивание мотопехоты и могло привести к отставанию ее в бою от танковых бригад. К началу наступления в армии удалось накопить всего-навсего 1–2 боекомплекта боеприпасов.

Принимались также меры для повышения подвижности войск в условиях снежной зимы. На каждую дивизию было заготовлено по 400–500 саней для транспортировки солдат с тяжелым вооружением. Части обеспечивались лыжами, автомашины — комплектами цепей.

Особое внимание в ходе подготовки к наступлению уделялось усилению 40-й армии генерала К. С. Москаленко. Армия в составе пяти стрелковых дивизий, одной стрелковой, трех танковых и двух истребительных бригад, артиллерийской и минометной дивизий представляла собой северную ударную группировку фронта и не имела на всем своем фронте численного превосходства над противником ни в силах, ни в средствах. Однако на сторожевском плацдарме соотношение числа батальонов составляло 2,7:1, орудий и минометов — 5:1, танков — 1,3:1 в пользу советских войск. Это был результат решительного массирования основных сил и средств на участке прорыва.