Выдвижение частей 3 танковой армии из района выгрузки в исходный район для наступления (25–30 км) было закончено к 21 августа 1942 г. При этом необходимо отметить, что в условиях, когда основные силы немецких ВВС задействованы на юге, противодействие перевозкам армии П.Л.Романенко было слабым. В отличие от армии А.И.Лизюкова, попавшей в июле под мощные удары с воздуха силами VIII авиакорпуса, районы выгрузки 3-й танковой армии подвергались атакам авиации лишь в единичных случаях. Однако выход 3-й танковой армии на новое операционное направление был вскрыт средствами разведки противника.
Наступление 3-й танковой армии предполагалось начать из полосы 61-й армии П.А.Белова. Смена частей в центре построения 61-й армии двумя стрелковыми дивизиями 3-й танковой армии, прорывающими оборону противника, была произведена в ночь с 20 на 21 августа.
Перешедшие 20 августа к обороне немецкие танковые и пехотные дивизии находились в одноэшелонном построении, с танковыми дивизиями в первой линии. В глубине обороны отмечалась только 25-я моторизованная дивизия, выполнявшая роль подвижного резерва. До 22 августа немецким войскам на флангах вбитого в оборону советских войск клина удалось создать полевую оборону с узлами сопротивления и минными полями. На переднем крае обороны имелись окопы полного профиля и отдельные блиндажи с легким перекрытием. В ходе боев оборона непрерывно совершенствовалась. К 29 августа бои шли уже на довольно развитой системе обороны с широкой сетью ходов сообщения, проволочными заграждениями, блиндажами, а в отдельных местах и с ДЗОТами.
Советский план операции против LIII армейского корпуса представлял собой асимметричные «канны» с сильным левым крылом (3-я танковая армия) и более слабым правым (16-я армия). К моменту перехода в наступление 16-я армия имела в своем составе девять стрелковых, три кавалерийские дивизии, четыре отдельные стрелковые бригады, семь танковых бригад. Однако из всего этого состава армии для нанесения главного удара выделялись только одна стрелковая дивизия, две кавалерийские дивизии 1-го гвардейского кавалерийского корпуса и 10-й танковый корпус, в котором оставалось только 50 танков. Остальные части и основные силы артиллерии действовали в центре и на правом фланге армии.
Согласно плану 3-я танковая армия, действуя первоначально в полосе шириной 16 км, должна была после прорыва обороны разойтись «веером», формируя собственно окружение, его внешний и внутренний фронты. Именно такой «веер» в несколько увеличенном масштабе впоследствии сформирует сталинградский «котел» для 6-й армии Паулюса.