Ввод подвижной группы фронта (5-й гвардейской танковой армии) намечался в полосе 7-й гвардейской армии. Она не имела танков НПП, а плотность артиллерии не превышала 120 орудий и минометов на 1 км участка прорыва. Поэтому генерал армии Конев приказал для непосредственной поддержки пехоты выделить из состава 5-й гвардейской танковой армии 32-ю и 181-ю танковые бригады. Ввод танковой армии намечался сразу же после прорыва общевойсковыми соединениями первой позиции обороны противника, на что им отводилось два часа. Совместно с пехотой танковая армия должна была завершить прорыв тактической зоны обороны, а затем во взаимодействии с 7-й гвардейской армией наступать в направлении на Покровское, форсировать р. Ингул в районе Клинцы и к исходу первого дня наступления выйти в район Безводная, Федоровка, Юрьевка. В дальнейшем охватом Кировограда с юга и юго-запада во взаимодействии с 7-м механизированным корпусом, составлявшим подвижную группу 5-й гвардейской армии, окружить противника в городе и разгромить подходящие вражеские резервы.
5-я воздушная армия получила задачу содействовать войскам 5-й гвардейской, 7-й гвардейской и 5-й гвардейской танковой армий в прорыве обороны противника, окружении и уничтожении живой силы и техники, а также в захвате Кировограда. Ее бомбардировочный и штурмовой авиационные корпуса должны были в первый день наступления нанести удар по артиллерийским батареям, по скоплениям войск и техники противника в полосе главного удара, а в последующие дни наносить удары по очагам сопротивления и подходящим резервам противника.
Учитывая, что фронт не располагал сколько-нибудь значительным превосходством над противником, генерал армии Конев решил в полосе шириной 80 км (общий фронт наступления составлял около 230 км) сосредоточить 30 стрелковых дивизий, т. е. более 50% общего их числа, а также пять механизированных и танковых корпусов (не считая двух корпусов, находившихся в резерве фронта) – около 60% артиллерии. На участок в 55 км, что составило 25% полосы наступления, были нацелены 21 стрелковая дивизия, 4 танковых и механизированных корпуса, 40% имевшейся во фронте артиллерии. Благодаря этому 5-я гвардейская армия превосходила противника по пехоте в пять раз, по орудиям – в два и по минометам в пять раз, а 7-я гвардейская армия – по пехоте в три раза, по орудиям – в восемь и по минометам – в семь раз.
Операция готовилась в сжатые сроки. Это потребовало большого напряжения в деятельности командования, штабов и войск. Генерал армии Конев особое внимание уделил плановости подготовки операции, лично отработав календарный план работы основных отделов и управлений фронта. По его указанию штаб фронта под руководством генерала М. В. Захарова составил комплексный план контроля подготовки войск и штабов к предстоящим действиям.