Противостоявшие Воронежскому фронту войска в это время находились в двух крупных боевых группировках. Южная — острогожско-россошанская — включала 21 дивизию, в том числе 6 немецких, 10 венгерских и 5 итальянских; северная — воронежско-касторненская — 7 немецких дивизий. Средняя оперативная плотность составляла 17–20 км на одну дивизию, а самая высокая — в районе Воронежа — до 10 км на одну дивизию. Пехотные дивизии насчитывали: немецкие — более 11 тыс. человек, а венгерские и итальянские — от 12 до 16 тыс. человек.
К созданию обороны по правому берегу Дона и севернее Воронежа войска вермахта приступили еще летом 1942 года. Однако в инженерном отношении ее успели оборудовать лишь на тактическую глубину. В оперативной глубине заблаговременно подготовленных рубежей и позиций германское командование не имело. Наиболее прочную оборону оно подготовило в районах сторожевского и щучьенского плацдармов, особо укрепив высоты и населенные пункты, большое количество огневых средств было сосредоточено в главной полосе обороны. Намного слабее оказалась она к югу от Кантемировки, в полосе предстоявшего наступления 6-й армии Юго-Западного фронта. Выгодное оперативное положение, которое занимали советские войска на этом направлении, отсутствие заблаговременно подготовленных позиций и рубежей, сплошных сильных противотанковых заграждений, равномерное расположение сил противника по фронту, незначительная глубина полос, а главное — низкая устойчивость находившихся здесь венгерских и итальянских войск позволяли советскому командованию рассчитывать на быстрый прорыв обороны и развитие наступления в северо-западном направлении, в тыл основных сил группы армий «Б».
Исходя из оценки соотношения сил и средств, Ставка ВГК приняла решение разгромить противника по частям: сначала его войска в районе Острогожска в Россоши, а затем группировку, действовавшую в районе Воронежа и Касторное. В дальнейшем планировалось развивать наступление непосредственно на Курск и Харьков. Выбор острогожско-россошанской группировки вермахта в качестве объекта первоначального воздействия был обусловлен тем, что она по сравнению с другими была менее боеспособной. После ее уничтожения войска Воронежского фронта должны были охватить с юга воронежско-касторненскую группировку и тем самым создать благоприятные условия для ее окружения и разгрома. В дальнейшем это давало возможность развивать наступление непосредственно на Харьков.
Соотношение сил и средств сторон (воронежско-харьковское направление на 13 января 1943 года)
| Силы и средства | Советские войска | Войска Германии и ее союзников | Соотношение |
| Личный состав, тыс. чел. | 502,4 | 430 | 1,1:1 |
| Орудия и минометы, шт. | 6160 | 3350 | 1,8:1 |
| Танки и САУ (штурмовые орудия), шт. | 1060 | 360 | 2,9:1 |
| Боевые самолеты, ед. | 208 | 300 | 1:1,4 |
Острогожско-Россошанская наступательная операция
(13–27 января 1943 года)
Подготовка к операции началась еще 23 ноября 1942 года, в день завершения окружения армии Паулюса под Сталинградом, когда командующий 40-й армией генерал К. С. Москаленко (принял армию в октябре от генерал-майора Ф. Ф. Жмаченко, который в связи с этим возвратился к исполнению своих прямых обязанностей заместителя командующего армией) обратился к Верховному главнокомандующему с просьбой разрешить начать боевые действия на Верхнем Дону. Сталина это предложение очень заинтересовало. Несколько дней спустя он направил в 40-ю армию представителя Ставки ВГК генерала армии Г. К. Жукова, который вначале был настроен весьма скептически. Но, побывав на командном пункте армии, а затем и на сторожевском плацдарме в расположении 25-й гвардейской и 107-й стрелковых дивизий, в конце концов заявил: «Обо всем увиденном и услышанном во время пребывания в 40-й армии доложу Верховному Главнокомандующему. Предложение о проведении наступательной операции поддержу».