Операцию планировалось провести в два этапа. Первый этап включал подготовку и перегруппировку войск с 23 февраля по 5 марта, а также действия авангардов с 3 по 5 марта с задачей вскрыть оборону противника и улучшить исходное положение. Второй этап (с 6 по 18—20 марта) – прорыв обороны противника и овладение рубежом Ладыжин, Гайворон, Ново-Украинка.
В докладе подробно излагались задачи армий фронта к исходу первого дня, на второй и седьмой дни операции. 2-ю танковую армию намечалось в первый день операции ввести в прорыв на участке 27-й армии с задачей:
«К исходу первого дня форсировать р. Горный Тикич и выйти в район Поповка, Монастырек, Черная Каменка. Передовые отряды иметь в районе Христиновка, Войтовка. Разведгруппу для связи с 5-й гв. танковой армией иметь в районе Машурова. На второй день операции главными силами армии овладеть районом Христиновка, Ягубец, Голяковка и выбросить передовые отряды на р. Южный Буг в районы Бершади и Осиевки».
5-я гвардейская танковая армия вводилась в первый день операции в прорыв на участке 4-й гвардейской армии. Она имела задачу:
«К исходу первого дня форсировать р. Горный Тикич и выйти в район Машуров, Майданецкое, Тальное. Передовые отряды иметь на р. Ревуха, Доброводы, Бабанка. Разведотряды выбросить на Торговицы и Кальни-Болото. На второй день операции главными силами армии овладеть районом Умань, Кочержинцы, Громы, Степковка и выбросить передовые отряды на р. Южный Буг в район Юзефполь, Голосково».
6-я танковая армия составляла второй эшелон главной группировки. Ее планировалось использовать для развития успеха в направлениях Ново-Архангельск, Ново-Украинка на соединение с 5-й гвардейской армией или, в зависимости от обстановки, на Умань. В резерв фронта выделялся 5-й гвардейский кавалерийский корпус.
В связи с тем, что фронт имел недостаточное количество авиации (всего 362 самолета), маршалы Жуков и Конев просили Сталина выделить дополнительно 50 самолетов Пе-22, 150—200 штурмовиков, 200 истребителей, 100 самолетов У-2.
27 февраля Сталин утвердил представленный план, но внес в него поправку: 6-ю танковую армию на Ново-Украинку не направлять, а использовать ее для развития удара на правом фланге главной группировки противника в общем направлении на Харитоновку.
В тот же день штаб 2-го Украинского фронта приступил к планированию операции. Одновременно маршал Конев с командующими армиями, начальниками родов войск, командирами корпусов и дивизий провел рекогносцировку на местности для определения наиболее целесообразного применения сил и средств в наступлении. В ходе проводимой рекогносцировки зрел замысел на фронтовую операцию.