В состав 1-й танковой армии к началу боев на западном берегу Дона входили 131-я и 399-я стрелковые дивизии, 13-й танковый корпус Т.С.Танасчишина (74 Т-34 и 49 Т-70) и 28-й танковый корпус полковника Г.С.Родина (88 Т-34, 60 Т-70 и 30 Т-60). Формально в армии числился еще 23-й танковый корпус, но реально он действовал на левом фланге 62-й армии вне оперативной связи с остальными соединениями 1-й танковой армии. В состав 4-й танковой армии входили 18-я и 205-я стрелковые дивизии и 22-й танковый корпус (96 Т-34, 58 Т-70 и 26 Т-60 на 28 июля). Стрелковые дивизии для двух армий прибывали с Дальневосточного фронта. Поскольку ситуация под Сталинградом вышла из-под устойчивого контроля, было принято решение перебросить на этот участок фронта войска с Дальнего Востока и полки, сформированные из военных училищ Северо-Кавказского региона.
В силу постоянного участия в тяжелых оборонительных боях Юго-Западный фронт не успел сформировать в своем составе объединение для массирования усилий авиации – воздушную армию. После того как фронт стал Сталинградским, в его состав в конце июля 1942 г. была включена 8-я воздушная армия генерал-майора авиации Т.Т.Хрюкина. К началу оборонительного сражения 8-я воздушная армия в своем составе насчитывала 561 самолет, из них 337 исправных и 224 неисправных. В числе исправных самолетов было: 85 истребителей, до 30 % которых составляли самолеты устаревших типов – И-16, И-15 и И-153, 48 штурмовиков, 88 дневных и 116 ночных бомбардировщиков (По-2). Возможности 8-й воздушной армии постоянно возрастали. С 20 июля по 17 августа в состав армии Т.Т.Хрюкина было передано 23 авиационных полка – около 450 самолетов. Кроме того, на аэродромы, расположенные ближе к Сталинграду, были перебазированы пять дивизий авиации дальнего действия.
Вновь получив в свое распоряжение подвижные соединения, Ф.Паулюс решил пробиться к Сталинграду самым простым и многократно проверенным способом: окружением и разгромом оборонявшихся на дальних подступах к городу соединений. Окружать предполагалось классическими «каннами». Соответственно северную ударную группировку составили XIV танковый корпус генерала пехоты фон Виттерсгейма (16-я танковая, 3-я и 60-я моторизованные дивизии) и VIII армейский корпус генерала артиллерии Хейца (384, 305, 389-я и 376-я пехотные дивизии). Южную ударную группировку составили LI армейский корпус генерала артиллерии фон Зейдлиц-Курцбаха (пробивший в марте коридор к Демянску) и XXIV танковый корпус (первоначально только 16-я и 295-я пехотные дивизии).