Противником войск Воронежского фронта в предстоящем наступлении были части 8-й итальянской и 2-й венгерских армий с включением в их состав немецких соединений. Целостность правого фланга 8-й итальянской армии командование группы армий «Б» восстанавливало с помощью сбора остатков разгромленных «Малым Сатурном» итальянских дивизий и перебрасываемых с других участков немецких войск под управлением XXIV танкового корпуса. Всего Воронежскому фронту в составе 23 стрелковых дивизий (средней укомплектованности 7 тыс. человек) и пяти стрелковым бригадам противостояли 28 соединений противника, преимущественно потрепанных в боях или легких. Венгерские пехотные дивизии по немецкой классификации были легкими, т. к. состояли из двух пехотных полков. Итальянские дивизии альпийского корпуса также были легкими, двухполковыми. Таким образом, по пехоте силы противников были примерно равными. Преимущество советским войскам давала техника в лице почти девяти сотен танков при крайне слабых противотанковых возможностях итальянских и венгерских дивизий. Но главным козырем было владение стратегической инициативой.
Вообще нужно сказать, что Острогожско-Россошанская и последовавшая за ней Воронежско-Касторненская операция достаточно ярко демонстрируют важность владения стратегической инициативой. Пассивные, оборонительные задачи группы армий «Б» на рубеже Дона позволяли советским войскам производить дерзкие перегруппировки войск, значительно растягивая пассивные участки. К концу декабря 1942 г. войска Воронежского фронта не обладали скольнибудь заметным преимуществом в численности над противником. Для взлома обороны противника нужно было переуплотнить войска по занимаемому ими фронту с созданием ударных кулаков на участках прорыва. Соответственно для обороны на рубеже р. Дон севернее и южнее сторожевского плацдарма 40-й армии, на участках общим протяжением в 75 км были оставлены различные подразделения численностью всего около восьми батальонов. Такая же картина наблюдалась в полосе 18-го стрелкового корпуса. Для обороны рубежа р. Дон севернее и южнее щучьенского плацдарма на участках общим протяжением в 156 км были оставлены отдельные подразделения общей численностью не более двенадцати батальонов и 270-я стрелковая дивизия. Причем последняя помимо обороны порученного ей участка должна была большинством своих сил с утра третьего дня операции прорвать оборону противника южнее Павловска.
Перегруппировка охватывала все армии фронта и должна была проводиться в ограниченные сроки и на значительные расстояния. Почти половина войск фронта приходили в движение и сменяли позиции. До 40 % соединений и частей Воронежского фронта должны были совершить марш на расстояние от 100 до 175 км. Перегруппировка начиналась 26 декабря 1942 г. и заканчивалась 4 января 1943 г. Суточный темп марша планировался до 30 км в сутки. В состав 40-й армии рокировались 340-я стрелковая дивизия и 150-я танковая бригада из 38-й армии, 305-я стрелковая дивизия и 253-я стрелковая бригада из состава 60-й армии. Соответственно 18-й стрелковый корпус получил 161-ю стрелковую дивизию из 38-й армии, 104-я стрелковая бригада выводилась из 38-й армии в резерв фронта.
Столь же решительно концентрировалась на выбранных направлениях ударов артиллерия. Из 4379 орудий и минометов фронта к наступлению привлекалось 3150 единиц, или 70 % общей численности артиллерии. На трех участках прорыва общим протяжением 34 км было сосредоточено 2644 орудия и миномета. Особенно важна была концентрация артиллерии в условиях слабости ее качественного состава. Из общего количества артиллерии, привлеченной к прорыву, противотанковая артиллерия составляла 12,5 %, минометы — 51,5 %, 76-мм орудия — 23 %, 122-мм и 152-мм орудия — 12,5 % и 203-мм орудия — всего 0,5 %. Ситуация усугублялась отсутствием самостоятельного железнодорожного участка. Воронежский фронт вынужденно базировался на железнодорожный участок Юго-Западного фронта. Ограниченное количество автомобильного транспорта и загруженность железных дорог оперативными перевозками крайне усложняли накопление боеприпасов для операции. Вместо 3–3,5 боекомплекта, предусмотренных планом операции, обеспеченность боеприпасами составляла 1–2 боевых комплекта.
