Главный удар наносился на участке шириной 10 км силами 31-го и 3-го гв. стрелковых корпусов. 31-й гв. стрелковый корпус сохранил прежний состав — 4, 34-я и 40-я гв. стрелковые дивизии. Средняя численность дивизии корпуса составляла 4600 человек — соединения не успели восстановиться после июльских боев. Управление 3-го гв. стрелкового корпуса в июле действовало в составе 51-й армии. В августовской операции ему подчинялись 50-я и 54-я гвардейские стрелковые дивизии из сковывающей группировки июльского наступления и 96-я гвардейская стрелковая дивизия из прежнего состава 5-й ударной армии. Две переброшенные из 51-й армии дивизии насчитывали 6364 и 6810 человек соответственно, 96-я гв. стрелковая дивизия насчитывала 5306 человек. На десятикилометровом фронте прорыва в первом эшелоне находились четыре стрелковые дивизии и во втором — две. Из общего количества имевшихся в армии орудий и минометов на направлении главного удара было выделено 440 орудий и 400 минометов, что составляло в среднем 84 единицы на 1 км фронта. Дивизиям первого эшелона были приданы 7-й и 60-й отдельные гвардейские танковые полки прорыва. С выходом пехоты 5-й ударной армии на рубеж Семёновский, Ново-Александровский, т. е. в первый день операции в прорыв вводился 4-й гв. механизированный корпус.
На левом фланге 5-й ударной армии 387-я стрелковая дивизия из района Куйбышево наносила вспомогательный удар на Ольховский, кол. «Бишлеровка», содействуя правому флангу 2-й гвардейской армии. Численность 387-й стрелковой дивизии составляла всего 4004 человека. Пассивный участок полосы 5-й ударной армии сохранялся прежним: 126-я стрелковая дивизия должна была прочно удерживать рубеж Верх. Нагольчик, Дмитриевка и активными действиями на своем левом фланге содействовать наступлению ударной группировки армии. На этом направлении плотность артиллерии не превышала 15 орудий и минометов на 1 км фронта.
2-я гвардейская армия объединяла шесть стрелковых дивизий, механизированный корпус, одну танковую и одну инженерную бригаду и части усиления. Она занимала фронт шириной 9 км южнее Куйбышева силами 1 — го и 13-го гвардейских стрелковых корпусов. 1-й гвардейский стрелковый корпус, наступая в полосе шириной 4 км на правом фланге, имел 24-ю гв. стрелковую дивизию в первом эшелоне и 33-ю и 86-ю гв. стрелковые дивизии — во втором. Дивизии второго эшелона располагались в районе Мартыновка, Писаревский. Левофланговый 13-й гвардейский стрелковый корпус в первой линии, на фронте 5 км имел 13-ю и 49-ю гвардейские стрелковые дивизии и во втором эшелоне, южнее Писаревского — 87-ю гв. стрелковую дивизию. Из наличных артиллерийских средств армия имела возможность создать на направлении главного удара плотность до 200 орудий и минометов на 1 км фронта.