Вышедшие после Миллерово в расположение Южного фронта и позднее переданные командованию Сталинградского фронта управления 28-й и 38-й армий были использованы для создания штабов двух танковых армий. Отрицательный опыт с армией А.И.Лизюкова не оттолкнул советское руководство от идеи создания аналога немецких моторизованных (танковых) корпусов. Управление 38-й армии генерал-майора артиллерии К.С.Москаленко было директивой Ставки ВГК от 22 июля переформировано в управление 1-й танковой армии, а управление 28-й армии генерал-майора В.Д.Крюченкина — в управление 4-й танковой армии. Сроком завершения формирования было назначено 28 июля. Штабы двух армий из «птицы-тройки» харьковской драмы должны были перейти в новое качество. Точно так же, как армия А.И.Лизюкова, обе танковые армии были смешанного состава, то есть включали как танковые корпуса (аналог танковых дивизий немцев), так и передвигающиеся пешим порядком стрелковые дивизии. Кроме того, в составе танковых армий были противотанковая и зенитная артиллерия и инженерные (саперные) части.
В состав 1-й танковой армии к началу боев на западном берегу Дона входили 131-я и 399-я стрелковые дивизии, 13-й танковый корпус Т.С.Танасчишина (74 Т-34 и 49 Т-70) и 28-й танковый корпус полковника Г.С.Родина (88 Т-34, 60 Т-70 и 30 Т-60). Формально в армии числился еще 23-й танковый корпус, но реально он действовал на левом фланге 62-й армии вне оперативной связи с остальными соединениями 1-й танковой армии. В состав 4-й танковой армии входили 18-я и 205-я стрелковые дивизии и 22-й танковый корпус (96 Т-34, 58 Т-70 и 26 Т-60 на 28 июля). Стрелковые дивизии для двух армий прибывали с Дальневосточного фронта. Поскольку ситуация под Сталинградом вышла из-под устойчивого контроля, было принято решение перебросить на этот участок фронта войска с Дальнего Востока и полки, сформированные из военных училищ Северо-Кавказского региона.
В силу постоянного участия в тяжелых оборонительных боях Юго-Западный фронт не успел сформировать в своем составе объединение для массирования усилий авиации — воздушную армию. После того как фронт стал Сталинградским, в его состав в конце июля 1942 г. была включена 8-я воздушная армия генерал-майора авиации Т.Т.Хрюкина. К началу оборонительного сражения 8-я воздушная армия в своем составе насчитывала 561 самолет, из них 337 исправных и 224 неисправных. В числе исправных самолетов было: 85 истребителей, до 30 % которых составляли самолеты устаревших типов — И-16, И-15 и И-153, 48 штурмовиков, 88 дневных и 116 ночных бомбардировщиков (По-2). Возможности 8-й воздушной армии постоянно возрастали. С 20 июля по 17 августа в состав армии Т.Т.Хрюкина было передано 23 авиационных полка — около 450 самолетов. Кроме того, на аэродромы, расположенные ближе к Сталинграду, были перебазированы пять дивизий авиации дальнего действия.
Вновь получив в свое распоряжение подвижные соединения, Ф.Паулюс решил пробиться к Сталинграду самым простым и многократно проверенным способом: окружением и разгромом оборонявшихся на дальних подступах к городу соединений. Окружать предполагалось классическими «каннами». Соответственно северную ударную группировку составили XIV танковый корпус генерала пехоты фон Виттерсгейма (16-я танковая, 3-я и 60-я моторизованные дивизии) и VIII армейский корпус генерала артиллерии Хейца (384, 305, 389-я и 376-я пехотные дивизии). Южную ударную группировку составили LI армейский корпус генерала артиллерии фон Зейдлиц-Курцбаха (пробивший в марте коридор к Демянску) и XXIV танковый корпус (первоначально только 16-я и 295-я пехотные дивизии).
Для концентрации сил на Сталинградском направлении в группу армий «Б» из группы армий «А» была передана 8-я итальянская армия в составе шести пехотных дивизий, одной пехотной и одной кавалерийской бригад. Эта армия должна была выйти на Дон и развернуться по его правому берегу на участке от Павловска до Вешенской, освободив этим самым все силы 6-й немецкой армии для наступления на Сталинград.
С воздуха наступление 6-й и 4-й танковых армий на Сталинград поддерживалось основными силами 4-го воздушного флота. На этом же направлении действовал VIII авиационный корпус Вольфрама фон Рихтгоффена, то есть наступающие на Сталинград армии получили в свое распоряжение самое мощное авиасоединение Люфтваффе на Восточном фронте. Корпус Рихтгоффена перебрался в конце июля на аэродромы в районе Тацинской и Обливской.
