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 Александровки.