Командование Южного фронта возложило управление операцией на командование 37-й армии, штаб которой на время операции усиливался за счет аппарата фронтового управления. Командный пункт 37-й армии создавался в Гундоровской. Вспомогательный пункт управления намечался в районе Павловки. Ввиду недостатка средств связи, а также плохого состояния дорог связь и управление войсками должны были осуществляться в основном при помощи радио и офицеров связи, высылаемых на самолетах. Предполагалось широкое применение радиосигналов и наблюдение за полем боя с самолета.
План предусматривал три этапа операции:
Первый этап — подготовительный, продолжительностью пять дней (11–15 ноября). В этот период проводилось сосредоточение ударной группировки, организация и материальное обеспечение операции.
Второй этап — наступление с выходом на реку Тузлов, продолжительностью четыре дня (16–19 ноября). В этот период предполагалось уничтожить основную группировку мотомеханизированных частей противника в районе Астахово, Миллерово, Аграфеновка и, заняв Большекрепинскую, выйти на рубеж реки Тузлов (глубина продвижения 50–55 км).
Третий этап — преследование и выход ударной группировки на рубеж реки Миус. Глубина продвижения 45 км. Продолжительность этапа — три дня (20–22 ноября).
Общая глубина операции определялась в 80–100 км, что давало возможность, разбив вышеуказанную группировку противника, выйти на его коммуникации.
Ударную группировку 37-й армии составляло ее правое крыло, наносившее удар с фронта Ровеньки, Дарьевка, Должанская.
Оперативный порядок ударной группировки армии строился в два эшелона. Первый составляли три стрелковые дивизии (96, 253, 99), две танковые бригады, усиленные тремя противотанковыми артиллерийскими полками, четырьмя полками тяжелой артиллерии, двумя гвардейскими минометными дивизионами, двумя инженерными батальонами и двумя бронепоездами.
Во втором эшелоне (армейский резерв) имелись две стрелковые дивизии, одна танковая бригада и кавалерийский корпус.
Этот эшелон располагался в следующем порядке: 216-я стрелковая дивизия и 3-я танковая бригада в районе Дубовка, Курячий, 295-я стрелковая дивизия в районе Каменка, кавалерийский корпус в составе 35-й и 56-й кавалерийских дивизий в районе Каменка, Медвежинский, Шляхтино.
51-я стрелковая дивизия и один противотанковый артиллерийский полк, расположенные на левом крыле 37-й армии на участке Должанская, поселок Коминтерна, должны были действовать на широком фронте в направлении Бирюково, Курган Морозов, имея целью сковывать силы противника.
Вся боевая авиация входила в состав ударной группировки.
Для действий на второстепенных направлениях создавались две вспомогательные ударные группировки. 18-я армия имела ударную группировку на левом крыле в составе двух стрелковых дивизий. Правое крыло и центр армии имели целью сковать силы противника. Точно такую же задачу имело левое крыло 9-й армии. На правом крыле этой армии была создана ударная группировка в составе одной стрелковой дивизии, одной танковой бригады и одной кавалерийской дивизии.
Оценивая сложившуюся оперативную обстановку и соотношение сил, создавшееся благодаря образованию 37-й армии, командование Южного фронта считало, что на ворошиловградском направлении на фронте 12-й и 18-й армий положение к 12 ноября оставалось устойчивым. Противник здесь имел 8 пехотных дивизий против 7 стрелковых дивизий и 2 кавалерийских дивизий в 12-й и 18-й армиях. Это позволяло рассчитывать на прочное удержание войсками 12-й и 18-й армий занимаемого рубежа. Возможное появление на этом направлении новой 295-й германской пехотной дивизии не могло внести в ближайшее время существенных изменений в соотношение сил.
На шахтинском направлении, по мнению командования Южного фронта, действовала группировка танковой армии Клейста в составе трех танковых дивизий и двух мотодивизий. Командование Красной армии допускало возможность дополнительного усиления этой группировки противника к исходу второго-третьего дня наступательной операции двумя пехотными дивизиями (49-й горнострелковый корпус), одной дивизией СС «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер» и одной танковой дивизией за счет ослабления ворошиловградского и ростовского направлений. Таким образом, со стороны противника на шахтинском направлении ожидалось до трех пехотных дивизий, трех моторизованных дивизий и трех танковых дивизий; фактически там оказалось значительно меньше — одна танковая дивизия, приблизительно полторы моторизованные дивизии и одна горнострелковая дивизия.
Этим силам противостояли наши 37-я и 9-я армии, имевшие 9 (некомплектных) стрелковых дивизий, 3 кавалерийские дивизии, 4 танковые бригады, 5 полков противотанковой артиллерии, 4 полка тяжелой артиллерии. По оценке командования Южного фронта, на нашей стороне было абсолютное превосходство в пехоте и равенство в артиллерии. Зато противник обладал превосходством в танках. Выгодное расположение нашей ударной группировки давало возможность нанести удар во фланг и тыл противнику и тем самым обеспечить выполнение задачи, поставленной перед 37-й армией.
О составе войск нашей ударной группировки говорят следующие данные по 37-й армии: 51-я стрелковая дивизия имела 6753 бойца, 96-я — 2987 бойцов, 99-я — 3486 бойцов, 216-я — 2624 бойца, 253-я — 6363 бойца, 295-я — 2703 бойца.
216-я и отчасти 295-я стрелковые дивизии испытывали недостаток в полковой и дивизионной артиллерии и в автоматическом оружии.
96, 253, 99-ю и 51-ю стрелковые дивизии РККА в атаке на германские позиции должны были поддерживать не только танки и противотанковая артиллерия, но и роты собак-истребителей (танков). Боевой пес нес на себе специальный пояс со взрывчаткой, достигнув цели, он дергал за специальный шнурок и опасный груз оставался вблизи танка. На практике, как правило, собака гибла вместе с поражаемой целью.
Кавалерийский корпус имел следующий состав: 35-я кавалерийская дивизия — 1294 сабли, 26 пулеметов, 4 пушки, 21 миномет; 56-я кавалерийская дивизия — 1409 сабель, 61 пулемет, 9 пушек, 32 миномета.
Четыре танковые бригады, входившие в состав Южного фронта, насчитывали 120 танков. Из этого количества 3 танковые бригады (132, 2 и 3) входили в состав 37-й армии. В общей сложности они располагали 92 танками (132 тбр — 1 KB, 14 Т-34, 15 БТ, 2 Т-26; 2 тбр — ориентировочно 30 танков; 3 тбр — ориентировочно 30 танков), но 2-я танковая бригада в результате боев на шахтинском направлении 5–8 ноября не имела материальной части на ходу. Ремонт предполагалось закончить к 14–15 ноября. В состав 9-й армии входила 142-я танковая бригада, имевшая 28 танков, в том числе 23 танка Т-34 и 5 танков КВ. Таким образом, наши ударные группы по сравнению с противником имели недостаточное количество танков.
В составе военно-воздушных сил Южного фронта имелось 204 исправных самолета, в том числе истребителей 72, бомбардировщиков 119, штурмовиков 13; 69 самолетов находились в ремонте. Кроме того, имелись военно-воздушные силы командования Юго-Западного направления и 56-й отдельной армии. Сосредоточение ударной группы происходило под прикрытием авиации 18, 9-й и 56-й армий, а также военно-воздушных сил Южного фронта и Юго-Западного направления. На направлениях главного удара 37-й армии действовали части военно-воздушных сил Юго-Западного направления, Южного фронта и 37-й армии (всего 159 самолетов); для действий на вспомогательном направлении на фронте 18-й армии предназначались военно-воздушные силы 18-й армии (всего 89 самолетов); наступление 9-й армии поддерживали военно-воздушные силы 9-й и 56-й армий (всего 64 самолета).
