Согласно директиве Тимошенко, 63-я и 38-я армии занимали рубеж реки Дон. 21-я армия была выведена в резерв фронта и переформировывала остатки соединений в четыре стрелковых дивизии. Прикрывать Сталинград с запада должны были 62-я и 64-я армии.
62-я армия в составе 33-й гвардейской, 192, 181, 147, 196 и 184-й стрелковых дивизий, 644, 645, 648, 649, 650 и 651-го отдельных танковых батальонов, 1185, 1186, 1183, 508, 652, 614, 555 и 881-го легкоартиллерийских полков РГК, четырех дивизионов бронепоездов (восемь БЕПО), четырех полков курсантских училищ занимала оборону на рубеже Малоклетский, Евстратовский, Калмыков, Слепихин, Суровкино.
64-я армия в составе 214, 29, 229 и 112-й стрелковых дивизий, 66-й и 154-й морских стрелковых бригад, 40-й и 137-й танковых бригад, четырех артиллерийских полков, двух артполков ПТО РГК, двух дивизионов бронепоездов и четырех полков курсантов должна была занять и оборонять рубеж Верхне-Осиновский, Сысойкин, Пристеновский и далее по восточному берегу р. Дон до Верхне-Курмоярской (примыкая левым флангом к Северо-Кавказскому фронту).
В резерв фронта были выделены 18-я стрелковая дивизия с 133-й танковой бригадой (четыре роты КВ) и 131-я стрелковая дивизия с 158-й танковой бригадой (четыре роты КВ). Также резервом фронта был 3-й гв. кавкорпус, располагавшийся в районе Калача.
Директива Тимошенко давала пока еще только контуры строящейся обороны на дальних подступах к Сталинграду. На момент появления директивы 64-я армия еще находилась в процессе сосредоточения. К 20 июля только 154-я морская бригада и 29-я стрелковая дивизия вышли в назначенные районы обороны.
Однако руководить обороной Сталинграда С. К. Тимошенко не довелось. 23 июля 1942 г. он был отозван в распоряжение Ставки, а его место занял В. Н. Гордов. Причины опалы очевидны: неудача Юго-Западного фронта под Харьковом в мае 1942 г., последующее отступление и, наконец, окружение под Миллерово. Истинные масштабы последней катастрофы были выявлены к 20–22 июля, и реакция Верховного на этот промах Тимошенко была предсказуемой. Решение о снятии с должности С. К. Тимошенко было, пожалуй, поспешным и преждевременным. В. Н. Гордов не обладал достаточным опытом для руководства фронтом в тяжелых условиях. Более того, он не справился с этой задачей, и впоследствии двумя фронтами (Сталинградским и Юго-Восточным) руководил А. И. Еременко. Маршал Тимошенко представляется более подходящей фигурой для руководства Сталинградским фронтом, по крайней мере в оборонительной фазе сражения.
В тот же день, когда был отстранен от руководства Сталинградским фронтом С. К. Тимошенко, появилась на свет Директива № 45 Верховного главнокомандующего германских вооруженных сил о продолжении операции «Брауншвейг» (так с 30 июня стала называться операция «Блау»). Относительно плана действий на Сталинградском направлении в ней было сказано: «4. На долю группы армий „Б“, как приказывалось ранее, выпадает задача, наряду с оборудованием оборонительных позиций на р. Дон, нанести удар по Сталинграду и разгромить сосредоточившуюся там группировку противника, захватить город, а также перерезать перешеек между Доном и Волгой и нарушить перевозки по реке.