22–23 июня Военные советы армий прорабатывали на местности с командирами корпусов и дивизий вопросы занятия исходного положения, организации предстоящего наступления, взаимодействия родов войск, управления, связи, устройства тыла и действий на ближайшем этапе. С командирами нижестоящего звена эти вопросы прорабатывались за день до начала операции.
Военные стратеги разработали два оперативных варианта. Первый рассматривал ситуацию, когда Румыния не согласится на мирное урегулирование территориального вопроса и придется начать еще одну войну без объявления войны. В этом случае предусматривалось нанести концентрические удары силами 12-й армии из района севернее Черновиц вдоль реки Прут на Яссы и 9-й армии из района Тирасполя южнее Кишинева на Хуши и окружить румынские войска в районе Бельцы – Яссы. Для дезорганизации тылов противника, после сокрушающих ударов с воздуха по румынским аэродромам, со 120 тяжелых бомбардировщиков ТБ-3 под прикрытием 300 истребителей планировалась выброска 2000 человек десанта из состава 201, 204 и 214-й воздушно-десантных бригад. Черноморский флот, приведенный 15 июня в состояние боевой готовности, получил задачи по борьбе с румынским флотом. На реке Дунай создавалась военная флотилия.
Чуть позднее был разработан второй вариант оперативного плана, предусматривавший мирное разрешение конфликта. В этом случае отход румынских войск на реку Прут должен был сопровождаться опережающим выходом подвижных советских частей на новую границу и установлением контроля над тем, как бы румыны ничего ценного из Бессарабии не унесли.
Советские войска были приведены в боевую готовность и 10 июня получили директивы на сосредоточение под видом учебного похода, которое должно было завершиться 14 июня. Однако выдержать график не удалось. Приведение войск в боевую готовность без призыва приписного состава потребовало перераспределения военнослужащих для формирования необходимых тыловых и вспомогательных подразделений. Для этого привлекалось почти 35 тысяч солдат из нестроевых частей, слабо подготовленных к выполнению возложенных на них новых обязанностей. Нехватка начальствующего состава тыловых специальностей и медицинского персонала восполнялась их призывом из запаса. В тылу для обеспечения боевых операций разворачивались склады, хлебопекарни, полевые госпитали и эвакуационные пункты, ветеринарные лазареты. Убыль личного состава должны были восполнить 27 маршевых батальонов, 5 запасных саперных рот и 255 танковых экипажей. Из-за недостатка транспорта выступавшие в поход войска не могли сразу взять с собой все необходимое вооружение и имущество, что приводило к задержке сосредоточения. Организационные проблемы привели к тому, что войска Южного фронта смогли завершить развертывание только к 27 июня. К началу операции в войска фронта было завезено 142 эшелона боеприпасов, 85 эшелонов продовольствия и фуража.