Прорвав фронт и уничтожив противостоящего противника, 2-я гв. армия должна была развивать наступление в общем направлении на запад. К началу наступления она имела в своем составе 261 танк (229 в строю и 32 в ремонте), 537 орудий и 266 минометов. Половина танков входила в состав 2-го гв. механизированного корпуса — 118 в строю и 23 в ремонте. 2-я гв. армия получила пережившую июльские бои в резерве 140-ю танковую бригаду. Также в подчинении 2-й гв. армии был 1543-й тяжелый самоходный артполк на СУ-152, вновь приданный 2-му гв. мехкорпусу. По плану операции 2-й гвардейский механизированный корпус вводился в прорыв после того, как пехота овладевала рубежом Колпаковка, Успенская. Задачей корпуса было развитие успеха в западном направлении и обеспечение выхода армии на рубеж р. Кальмиус.
28-я армия в составе пяти стрелковых дивизий и одной танковой бригады занимала рубеж в районе Петрополье на фронте шириной всего 2,5 км. Войска армии насчитывали 146 орудий и 281 миномет. Она должна была наступать с задачей: прорвать фронт обороны противника в районе Петрополье и во взаимодействии со 2-й гвардейской армией с последующим разворотом влево «смотать» боевые порядки противника южнее Александрова.
Если в июле неповторимое своеобразие операции Южного фронта создавала 2-я гв. армия, то в августе это место досталось 28-й армии. При прорыве обороны на фронте шириной в 2,5 км боевой порядок армии был построен в три эшелона. В первом эшелоне прорыв совершала одна 248-я стрелковая дивизия, усиленная минометным полком и ротой танков. Эта дивизия не участвовала в июльской операции, находясь в подчинении 44-й армии на пассивном участке фронта. Второй эшелон составлял 37-й стрелковый корпус (118-я и 347-я стрелковые дивизии). До выполнения 248-й стрелковой дивизией своей ближайшей задачи — овладение Петропольем, Подгорным — корпус должен был оставаться в районе Ново-Ясиновский, Ново-Марьевка. С овладением 248-й стрелковой дивизией указанными выше пунктами корпус, включив ее в свой состав, должен был одной из своих дивизий развивать достигнутый ею успех. Малочисленные 127-я и 271-я стрелковые дивизии составляли третий эшелон армии и из района Николаевский, Николай-Полье должны были следовать за вторым эшелоном армии. В целях максимального использования артиллерийских средств при весьма своеобразном построении в начале операции было предусмотрено часть артиллерии 28-й армии привлечь для участия в артиллерийской подготовке на участке 2-й гв. армии. Танковые войска были представлены 33-й гв. танковой бригадой, которая оставалась в резерве командующего 28-й армией в районе Полнев. Одна танковая рота этой бригады была придана 248-й стрелковой дивизии.