При подготовке операции командование обоих фронтов столкнулось с большими трудностями. Необходимо было в сжатые сроки осуществить перегруппировку значительного количества войск. С левого крыла Южного фронта на правое одновременно перебрасывались 37-я и 9-я армии. Условия же для железнодорожных перевозок сложились крайне неблагоприятные. В течение четырех суток свирепствовала вьюга, перешедшая в настоящий ураган. Сила ветра достигала одиннадцати баллов. Пути занесло снегом, его покров достигал 80 сантиметров. На их расчистке круглые сутки, посменно, работали созданные команды, а также местное население. Как только вьюга стихла, начались систематические налеты вражеской авиации, поэтому в дневное время узловые станции и перегоны для пропуска и приема воинских эшелонов закрывали. Не меньшие трудности приходилось преодолевать и воинам, совершавшим перемещения по грунтовым дорогам.
И все же части обеих армий (правда, с опозданием) вышли в назначенные им районы сосредоточения. Затянувшаяся перегруппировка, ряд других причин вынудили Тимошенко перенести начало операции с 12 на 18 января.
К этому времени в основном завершилась и подготовка всех войск, привлекаемых к наступлению. Главная роль в нем отводилась соединениям Южного фронта. Его командование дало командармам подробные указания по ведению боевых действий, отметив наиболее характерные особенности организации вражеской обороны. Было подчеркнуто, что стрелковые части должны максимально использовать имеющиеся огневые средства и стремиться к рукопашной схватке, которую враг, как правило, не выдерживал. Рекомендовалось выбрасывать в глубину обороны противника танковые десанты, первым эшелонам полков и дивизий обходить опорные пункты противника и упорно продвигаться вперед. Уничтожение противника в опорных пунктах возлагалось на вторые эшелоны и резервы. Для отражения контратак и контрударов на их возможных направлениях командиры соединений должны были иметь в своем распоряжении резервы, и в первую очередь противотанковые. Танковые бригады, приданные на усиление армий, рекомендовалось применять в качестве танков непосредственной поддержки пехоты, действия их прикрывать противотанковой артиллерией.
С целью создания на направлениях главных ударов каждой армии возможно большей плотности артиллерийского огня командование фронта рекомендовало артиллерийские полки Резерва Верховного Главнокомандования применять централизованно в масштабе дивизии, дивизионы гвардейских минометов подчинялись непосредственно командирам дивизий. Продолжительность артиллерийской подготовки устанавливалась в 30–40 минут, огонь должен был вестись по точно выявленным целям. Лишь в отдельных случаях разрешалось вести огонь по площадям.
Кавалерийские корпуса, усиленные танковыми бригадами, планировалось использовать для самостоятельных действий с задачами захвата узлов сопротивления, выхода в тыл и на коммуникации противника, избегая фронтальных атак крупных населенных пунктов.
В штабах соединений Южного фронта закипела работа. Была проведена тщательная рекогносцировка обороны противника, изучены условия для атаки ее переднего края, отработаны на местности вопросы организации наступления и взаимодействия стрелковых частей с танками, артиллерией и авиацией.
Не менее напряженно велась подготовка в 6-й армии Юго-Западного фронта, которую временно возглавил генерал-майор К.С. Москаленко. Ее штабу было известно, что в полосе предстоявшего наступления оборонялись 44-я и 298-я пехотные дивизии, а также отдельные части 68-й пехотной дивизии противника, усиленные артиллерией и примерно тридцатью танками. Немецкие войска создали сильную оборону: на подступах к узлам сопротивления проходили окопы полного профиля, имелись проволочные заграждения, в промежутках между узлами были установлены минные поля. В глубине обороны было еще два рубежа, один из которых тянулся по западному берегу Северского Донца, а другой – в 4–5 км от реки.
По данным штаба фронта, 6-я армия имела ощутимое превосходство по численности войск, артиллерии и танкам. Нельзя было, однако, исключать возможность быстрой переброски сюда вражеских резервов из-под Харькова, Балаклеи и особенно со стороны донбасской группировки. Итак, армии предстояло разгромить не только противостоявшие немецкие войска, но и отразить удары их оперативных резервов.