Наступление планировалось начать в разное время: для 40-й армии — 24 января, для 60-й — 25, а для 38-й и 13-й — 26 января. Это было связано с тем, что южной группировке не надо было прорывать укрепленные позиции противника, а 40-й армии при ее наступлении на Касторное требовалось преодолеть расстояние почти в два раза большее, чем наносившей в этом же направлении удар 13-й армии.
Для активизации действий 60-й армии она получила от 40-й армии 22-километровый участок фронта на правом берегу Дона от села Костенки до населенного пункта Семидесятское. Вместе с ним в состав 60-й армии были переданы и находившиеся на этом рубеже несколько соединений 40-й армии. Это были 141-я стрелковая и 10-я артиллерийская дивизии, 253-я стрелковая, 86-я (5 КВ и 6 Т-34 на 16.01.1943 года) и 150-я танковые бригады (7 танков Т-34 на 24.01.1943 года) и переданная из резерва фронта 322-я стрелковая дивизия. В свою очередь, состав 40-й армии был пополнен 183, 309-й стрелковыми дивизиями и 129-й стрелковой бригадой. Кроме того, наконец-то прибыл поступивший в оперативное подчинение 40-й армии 4-й танковый корпус генерал-майора А. Г. Кравченко.
На направлениях ударов армий было сосредоточено 72 % стрелковых войск, 90 % артиллерийских средств и все имевшиеся танковые соединения. На северном участке прорыва шириной в 18 км в первом эшелоне 13-й армии развертывались четыре стрелковые дивизии, 118-я танковая бригада и три танковых полка: 42, 43, 193-й, во втором эшелоне — три стрелковые дивизии и 129-я танковая бригада. 118-я танковая бригада (на 26 января имела 7 КВ, 21 Т-34, 18 Т-70) придавалась 307-й стрелковой дивизии, 42-й танковый полк (на 26 января имел 15 Т-34, 10 Т-70) — 148-й стрелковой дивизии, 43-й танковый полк — 8-й стрелковой дивизии, 193-й танковый полк (5 Т-34) — 132-й стрелковой дивизии. Рядом находился резерв фронта — две стрелковые дивизии и танковый корпус. Это позволило добиться превосходства в силах и средствах над противником по личному составу в 4,7 раза, а по артиллерии — в 9 раз.
В полосе 40-й армии предполагалось продолжать наступление на широком фронте, концентрируя основные усилия на 30-километровом участке. В первом эшелоне планировалось использовать пять стрелковых дивизий, стрелковую и две танковые бригады, а также приданный армии 4-й танковый (впоследствии — 5-й гвардейский) корпус генерала А. Г. Кравченко. Соединения первого эшелона имели полосы наступления шириной от 6 до 12 км. Самыми узкими — 6 и 8 км — они были у 309-й и 107-й стрелковых дивизий, действовавших в центре оперативного построения армии. Это и было направление главного удара.
Следует отметить, что, несмотря на это, ни 309-я, ни 107-я стрелковые дивизии не были усилены танками. Зато на их участках наступал 4-й танковый корпус. Он действовал совместно со стрелковыми соединениями первого эшелона, так как оборона противника в полосе армии была слабо развита. Так или иначе, на 1 км фронта прорыва 40-я армия имела очень мало танков — в среднем по 8,2. Недостаточной была сначала и артиллерийская плотность — около 40 орудий (и минометов) на 1 км фронта. Но затем она значительно возросла, так как из 60-й армии в ходе операции возвратилась 10-я артиллерийская дивизия.
Второй эшелон составляли 305-я стрелковая дивизия, только что завершившая ликвидацию окруженных войск противника в районе Алексеевки и выведенная после этого в резерв армии, 4, 6-я и 8-я лыжные бригады. Две последние должны были с утра второго дня операции совместно с 340-й стрелковой дивизией наступать на Старый Оскол.
В создании внутреннего фронта окружения в районе населенного пункта Касторное предстояло участвовать 183-й стрелковой дивизии и 129-й стрелковой бригаде, действующим, соответственно, с 16-й истребительной и 192-й танковой бригадами (после ожесточенных боев на 21.01.1943 года бригада имела в своем распоряжении 25 танков М3 средних: из них 15 боеспособных, требующих капитального ремонта — 4, требующих среднего ремонта — 6; а также 14 танков М3 легких: из них требуют среднего ремонта — 2, капитального ремонта — 2, и 10 боеспособных) внешнего фронта — 25-й гвардейской, 309, 107-й и 340-й стрелковым дивизиям. 4-му танковому корпусу было приказано освободить к исходу первого дня наступления село Горшечное и усиленным передовым отрядом овладеть населенным пунктом Касторное. На следующий день корпус должен был занять станцию Нижнедевицк и нанести удар на Нижнюю Ведугу для содействия 60-й армии в выполнении ее задачи в Воронежско-Касторненской операции.
К 24 января перегруппировка советских войск была полностью завершена. Войска 40-й армии на 50-километровом фронте Семидесятское — Городище заняли исходное положение для наступления. В ходе перегруппировки, которая проходила одновременно с действиями по ликвидации окруженных немецких войск в районе Алексеевки, дивизии должны были развернуться на 90 и более градусов, то есть с западного и юго-западного направления на северное и северо-западное. Этот маневр был успешно осуществлен, несмотря на продолжавшиеся контратаки немецких войск, перебрасываемых из Воронежа в состав корпусной группы «Зиберт».
Выполнению поставленной задачи благоприятствовало то, что войска армии находились у только что образовавшегося южного фаса воронежского выступа. Германское командование не располагало там ни достаточным количеством войск, ни заранее подготовленной обороной. Правда, оно спешно перебрасывало в этот район войска, и их численность к началу наступления превысила 3 дивизии, которые и составили вышеназванную корпусную группу «Зиберт». Кроме того, местность, по которой предстояло наступать 40-й армии, была сильно пересеченной и, главное, понижалась в сторону советских войск, что давало определенное преимущество обороняющемуся противнику.
И все же на стороне советских войск были более важные факторы: и крайне невыгодное оперативное положение противника, и резкий упадок духа в его войсках, вызванный поражениями под Сталинградом, на Кавказе, на Дону, а также под Ленинградом. Наконец, соединения и части Красной армии не только имели хорошую боевую технику, но и были тепло одеты и обуты, так что ни метели, ни морозы, которые иногда доходили до -38°, не могли остановить их наступление.
Одновременно с окончанием перегруппировки были осуществлены все подготовительные мероприятия. Штаб 40-й армии, по-прежнему возглавляемый генерал-майором З. З. Рогозным, и на этот раз отлично справился с организацией наступления, несмотря на то, что времени на подготовку было мало.
Начало Воронежско-Касторненской наступательной операции. Освобождение города Воронежа. Воронежско-Касторненскую наступательную операцию, как и предыдущую, Острогожско-Россошанскую, начала 40-я армия.
Утром 24 января 1943 года поднялась метель. Дороги занесло. Мороз достигал -20°. Видимость была крайне ограниченна. Начало наступления пришлось перенести на 12.00. Но и к полудню метель не унялась. Тем не менее вновь отложить атаку значило бы вообще в этот день отказаться от нее. Поэтому в 12.30, несмотря на плохую видимость, пришлось начать артиллерийскую подготовку. Она продолжалась, согласно плану, 30 минут, но ее результат был незначителен. Артиллеристы не видели целей и потому не смогли подавить большую их часть. От авиационной подготовки в условиях сильной метели пришлось отказаться.
