В соответствии с замыслом Ставки ВГК войска трех фронтов в предстоящем контрнаступлении должны были нанести два мощных удара по флангам врага из районов северо-западнее и южнее Сталинграда по сходящимся направлениям на Калач, Советский, чтобы окружить, а затем разгромить его группировку.
На авиацию фронтов в ходе контрнаступления возлагалась задача прикрытия и поддержки ударных группировок, особенно танковых и механизированных корпусов, и ведения воздушной разведки. Большое внимание уделялось борьбе с немецкой авиацией. Завоевание господства в воздухе являлось одной из главных задач воздушных армий.
На основе поставленных задач авиационные штабы разработали планирующие документы на боевые действия авиации. В 8-й воздушной армии (командующий генерал Т. Т. Хрюкин, заместитель по политической части бригадный комиссар А. И. Вихорев, начальник штаба полковник Н. Г. Селезнев) основные усилия авиации сосредоточивались на поддержку ударной группировки фронта - 57-й и 51-й общевойсковых армий. Авиационную подготовку предусматривалось провести в ночь перед наступлением силами ночных бомбардировщиков По-2 и ударами штурмовиков по штабам и узлам связи перед атакой.
Содействие вводу в сражение и наступлению в глубине 13-го, 4-го механизированных и 4-го кавалерийского корпусов намечалось осуществлять ударами штурмовой авиации по огневым точкам и резервам противника, а прикрытие войск от воздействия вражеской авиации патрулированием истребителей в воздухе. В целях успешного осуществления взаимодействия с механизированными корпусами в глубине обороны противника каждому из них было придано по одному штурмовому и одному истребительному авиационному полку.
Для действий по резервам противника выделялась одна бомбардировочная дивизия. Часть сил авиации намечалось применить в интересах 62-й армии в случае перехода противника в наступление в полосе ее обороны.
Впервые боевые действия 8-й воздушной армии в наступательной операции были спланированы в форме авиационного наступления, которое предусматривало непрерывные действия авиации при подготовке атаки, в период атаки и во время действий пехоты и танков в глубине обороны противника.
В 17-й воздушной армии (командующий генерал С. А. Красовский, заместитель по политической части бригадный комиссар В. Н. Толмачев, начальник штаба полковник К. И. Тельнов) истребительные и штурмовые дивизии были оперативно подчинены командующим общевойсковыми и танковой армиями. По указанию командующего войсками Юго-Западного фронта генерала Н. Ф. Ватутина предусматривалось массированное применение авиации при нанесении ударов по резервам, танковым и моторизованным дивизиям противника.