Главный удар наносился на участке шириной 10 км силами 31-го и 3-го гв. стрелковых корпусов. 31-й гв. стрелковый корпус сохранил прежний состав — 4, 34-я и 40-я гв. стрелковые дивизии. Средняя численность дивизии корпуса составляла 4600 человек — соединения не успели восстановиться после июльских боев. Управление 3-го гв. стрелкового корпуса в июле действовало в составе 51-й армии. В августовской операции ему подчинялись 50-я и 54-я гвардейские стрелковые дивизии из сковывающей группировки июльского наступления и 96-я гвардейская стрелковая дивизия из прежнего состава 5-й ударной армии. Две переброшенные из 51-й армии дивизии насчитывали 6364 и 6810 человек соответственно, 96-я гв. стрелковая дивизия насчитывала 5306 человек. На десятикилометровом фронте прорыва в первом эшелоне находились четыре стрелковые дивизии и во втором — две. Из общего количества имевшихся в армии орудий и минометов на направлении главного удара было выделено 440 орудий и 400 минометов, что составляло в среднем 84 единицы на 1 км фронта. Дивизиям первого эшелона были приданы 7-й и 60-й отдельные гвардейские танковые полки прорыва. С выходом пехоты 5-й ударной армии на рубеж Семёновский, Ново-Александровский, т. е. в первый день операции в прорыв вводился 4-й гв. механизированный корпус.
На левом фланге 5-й ударной армии 387-я стрелковая дивизия из района Куйбышево наносила вспомогательный удар на Ольховский, кол. «Бишлеровка», содействуя правому флангу 2-й гвардейской армии. Численность 387-й стрелковой дивизии составляла всего 4004 человека. Пассивный участок полосы 5-й ударной армии сохранялся прежним: 126-я стрелковая дивизия должна была прочно удерживать рубеж Верх. Нагольчик, Дмитриевка и активными действиями на своем левом фланге содействовать наступлению ударной группировки армии. На этом направлении плотность артиллерии не превышала 15 орудий и минометов на 1 км фронта.
2-я гвардейская армия объединяла шесть стрелковых дивизий, механизированный корпус, одну танковую и одну инженерную бригаду и части усиления. Она занимала фронт шириной 9 км южнее Куйбышева силами 1 — го и 13-го гвардейских стрелковых корпусов. 1-й гвардейский стрелковый корпус, наступая в полосе шириной 4 км на правом фланге, имел 24-ю гв. стрелковую дивизию в первом эшелоне и 33-ю и 86-ю гв. стрелковые дивизии — во втором. Дивизии второго эшелона располагались в районе Мартыновка, Писаревский. Левофланговый 13-й гвардейский стрелковый корпус в первой линии, на фронте 5 км имел 13-ю и 49-ю гвардейские стрелковые дивизии и во втором эшелоне, южнее Писаревского — 87-ю гв. стрелковую дивизию. Из наличных артиллерийских средств армия имела возможность создать на направлении главного удара плотность до 200 орудий и минометов на 1 км фронта.
Прорвав фронт и уничтожив противостоящего противника, 2-я гв. армия должна была развивать наступление в общем направлении на запад. К началу наступления она имела в своем составе 261 танк (229 в строю и 32 в ремонте), 537 орудий и 266 минометов. Половина танков входила в состав 2-го гв. механизированного корпуса — 118 в строю и 23 в ремонте. 2-я гв. армия получила пережившую июльские бои в резерве 140-ю танковую бригаду. Также в подчинении 2-й гв. армии был 1543-й тяжелый самоходный артполк на СУ-152, вновь приданный 2-му гв. мехкорпусу. По плану операции 2-й гвардейский механизированный корпус вводился в прорыв после того, как пехота овладевала рубежом Колпаковка, Успенская. Задачей корпуса было развитие успеха в западном направлении и обеспечение выхода армии на рубеж р. Кальмиус.
28-я армия в составе пяти стрелковых дивизий и одной танковой бригады занимала рубеж в районе Петрополье на фронте шириной всего 2,5 км. Войска армии насчитывали 146 орудий и 281 миномет. Она должна была наступать с задачей: прорвать фронт обороны противника в районе Петрополье и во взаимодействии со 2-й гвардейской армией с последующим разворотом влево «смотать» боевые порядки противника южнее Александрова.
Если в июле неповторимое своеобразие операции Южного фронта создавала 2-я гв. армия, то в августе это место досталось 28-й армии. При прорыве обороны на фронте шириной в 2,5 км боевой порядок армии был построен в три эшелона. В первом эшелоне прорыв совершала одна 248-я стрелковая дивизия, усиленная минометным полком и ротой танков. Эта дивизия не участвовала в июльской операции, находясь в подчинении 44-й армии на пассивном участке фронта. Второй эшелон составлял 37-й стрелковый корпус (118-я и 347-я стрелковые дивизии). До выполнения 248-й стрелковой дивизией своей ближайшей задачи — овладение Петропольем, Подгорным — корпус должен был оставаться в районе Ново-Ясиновский, Ново- Марьевка. С овладением 248-й стрелковой дивизией указанными выше пунктами корпус, включив ее в свой состав, должен был одной из своих дивизий развивать достигнутый ею успех. Малочисленные 127-я и 271-я стрелковые дивизии составляли третий эшелон армии и из района Николаевский, Николай-Полье должны были следовать за вторым эшелоном армии. В целях максимального использования артиллерийских средств при весьма своеобразном построении в начале операции было предусмотрено часть артиллерии 28-й армии привлечь для участия в артиллерийской подготовке на участке 2-й гв. армии. Танковые войска были представлены 33-й гв. танковой бригадой, которая оставалась в резерве командующего 28-й армией в районе Полнев. Одна танковая рота этой бригады была придана 248-й стрелковой дивизии.
44-я армия в составе двух стрелковых дивизий и одного укрепленного района при 239 минометах и 256 орудиях обороняла на приморском фланге рубеж Ясиновский, Приморка шириной 64 км.
Подвижный резерв фронта составлял 4-й гвардейский механизированный корпус, сосредоточенный в районе Тацино, Орехово, Каршино. Также в резерве было три стрелковых дивизии: 416-я стрелковая дивизия, расположенная в районе Дмитриенко, Ново-Спасовка, Широкий; 99-я стрелковая дивизия — в районе Дубровский, Дубровка и 151-я стрелковая дивизия — в районе Нов. Надежда, Волна Революции. Кроме этого, к 5 часам 20 августа должен был сосредоточиться в районе Октябрьский, Миллерово 4-й гвардейский кавалерийский корпус.
Поддержку наступления с воздуха в ходе операции должна была обеспечивать авиация 8-й воздушной армии. В нее к этому времени входили 270-я бомбардировочная дивизия, 1-я штурмовая, 6-я истребительная, 2-я ночная бомбардировочная гвардейские дивизии. 10-й смешанный авиакорпус был переформирован в 7-й штурмовой авиакорпус (206-я, 289-я штурмовые и 236-я истребительная авиадивизии). С Кубани прибыла 9-я гвардейская истребительная авиадивизия полковника И. М. Дзусова. Это было не только количественное, но и качественное усиление ВВС Южного фронта: в авиадивизии воевали известные советские асы-истребители: А. И. Покрышкин, Г. А. Речкалов, А. Ф. Клубов, Д. Б. Глинка и другие. В сентябре в состав 8-й воздушной армии был включен 3-й истребительный корпус под командованием генерал-майора авиации Е. Я. Савицкого. Всего в составе 8-й воздушной армии к началу боев насчитывалось 244 штурмовика, 248 истребителей, 100 дневных и 75 ночных бомбардировщиков. В ночь перед наступлением ночные бомбардировщики должны были беспрерывно воздействовать на обороняющиеся войска противника с целью подавления системы огня и изнурения живой силы, в особенности на переднем крае. Перед переходом пехоты в атаку предусматривался двадцатиминутный массированный налет штурмовой авиации на подавление и разрушение опорных пунктов противника на высотах непосредственно за передним краем. С началом боевых действий наземных войск авиация должна была непрерывными эшелонированными налетами подавлять артиллерию и минометные батареи противника в ближайшей глубине. По плану в первый день операции 1-я гв. штурмовая авиадивизия должна была поддерживать войска 5-й ударной армии, а 7-й штурмовой авиакорпус — 2-ю гв. армию. Хорошо видно, что основные усилия артиллерии и авиации сосредотачивались в полосе 2-й гв. армии: ей придавался целый авиакорпус. Далее, на второй и третий день операции, 1-я гв. штурмовая авиадивизия должна была переключиться на поддержку 4-го гв. механизированного корпуса. Соответственно 7-й штурмовой авиакорпус нацеливался на поддержку 2-го гв. механизированного корпуса.
Новым средством борьбы за воздушное пространство в руках командования Южного фронта стала радиолокационная станция РУС-2 «Редут», установленная в районе Первомайского. Производство РУС-2 началось еще в 1940 г., но первые РЛС были задействованы в ПВО крупных городов. В воздушные армии РЛС стали поступать только во второй половине 1943 г. РУС-2 обеспечивали дальность обнаружения самолетов на расстоянии 100–120 км. При расположении станции «Редута» в 10–15 км от линии фронта воздушный противник обнаруживался за 12–15 мин. до его подхода к полю боя, что вполне обеспечивало своевременный перехват самолетов противника нашими истребителями.
Хорошо видно, что для августовского наступления ударная группировка Южного фронта была собрана за счет решительного сосредоточения имеющихся сил, без привлечения резервов Ставки. Были лишь несколько пополнены потрепанные в июле дивизии. Но пополнение в количестве 3312 унтер-офицеров и
