При планировании операции командующий 2-м Украинским фронтом генерал армии И. С. Конев учитывал, что после закончившейся незадолго до этого Кировоградской операции район западнее и северо-западнее Кировограда был наиболее плотно занят неприятельскими войсками. С учетом этого он решил главный удар нанести севернее Кировограда смежными флангами 4-й гвардейской и 53-й армий (14 стрелковых дивизий) при поддержке авиации фронта. После прорыва обороны противника на 19-километровом участке Вербовка – Васильевка обе армии должны были развивать наступление на Шполу, Звенигородку. При этом 4-я гвардейская армия под командованием генерала А. И. Рыжова (с 3 февраля в командование армией вступил генерал И. К. Смирнов) нацеливалась на внутренний фронт, а 53-я армия генерала И. В. Галанина – на внешний фронт окружения.
5-ю гвардейскую танковую армию (218 танков и 18 САУ) планировалось ввести в сражение в полосе 53-й армии[291]. Ей предстояло завершить прорыв обороны противника и, стремительно развивая наступление, к исходу второго дня выйти в район Шполы. В дальнейшем предписывалось овладеть Звенигородкой и, соединившись с подвижными войсками 1-го Украинского фронта, замкнуть кольцо окружения и вместе с 53-й армией образовать внешний фронт.
Кроме главного удара, предполагалось нанести два вспомогательных удара: один – 5-й гвардейской армией генерала А. С. Жадова и 7-й гвардейской армией генерала М. С. Шумилова в районе западнее и юго-западнее Кировограда; другой – силами 52-й армии генерала К. А. Коротеева в направлении Малое Староселье, Городище. Если удары 5-й и 7-й гвардейских армий предназначались для отвлечения сил и внимания врага от направления главного удара, то наступление 52-й армии проходило в тесном взаимодействии с ударной группировкой фронта. Эта армия должна была принять активное участие в разгроме корсунь-шевченковской группировки. 5-й гвардейский Донской кавалерийский корпус генерала А. Г. Селиванова находился в резерве. Его предусматривалось использовать во взаимодействии с 5-й гвардейской танковой армией для удара по тылам корсунь-шевченковской группировки.
В связи с тем, что в общевойсковых армиях 2-го Украинского фронта было мало танков НПП, несколько танковых соединений и частей 5-й гвардейской танковой армии привлекалось для прорыва обороны противника в полосе 53-й армии.
По решению командующего 1-м Украинским фронтом генерала армии Н. Ф. Ватутина 6-ю танковую армию впервые в Великой Отечественной войне намечалось использовать совместно с 40-й и 27-й армиями в первом эшелоне оперативного построения фронта. Применение танковой армии в первом эшелоне фронта обусловливалось сложностью оперативной обстановки и необходимостью создания мощной ударной группировки в короткие сроки. Значительное количество сил и средств фронта было задействовано для отражения сильных ударов противника в районах севернее Умани и восточнее Винницы. Некоторые соединения 40-й армии вели бои в окружении. В ходе предшествовавшей Житомирско-Бердичевской операции войска фронта понесли значительные потери, а 27-я армия почти не имела танков НПП. В то же время обстановка требовала незамедлительной ликвидации корсунь-шевченковского выступа, быстрого окружения и уничтожения действовавшей в нем крупной группировки врага. Кроме того, учитывалось, что 5-й механизированный корпус уже находился в непосредственном соприкосновении с противником, оборона которого была недостаточно оборудована в инженерном и противотанковом отношении.