Второй удар наносила 51-я армия генерал-майора Н.И.Труфанова. Армия должна была прорвать фронт противника на перешейках между озерами Сарпа, Цаца и Барманцак и ввести в прорыв 4-й механизированный корпус для установления связи с войсками Юго-Западного фронта в общем направлении на Калач. 4-й кавалерийский корпус должен был выдвинуться в район Абганерово для формирования внешнего фронта окружения. С этой же целью после прорыва фронта должна была наступать в юго-западном направлении и часть сил 51-й армии.
Между двумя «клешнями» советских «канн» располагался получивший вспомогательные задачи в общем наступлении Донской фронт. К моменту начала контрнаступления в его состав входили 65, 24-я и 66-я армии. Они насчитывали в общей сложности двадцать четыре стрелковые дивизии, шесть танковых бригад и один танковый корпус. Задачей Донского фронта было нанесение двух ударов своим правым флангом: главный удар силами правого фланга 65-й армии генерал-лейтенанта П.И.Батова из района Клетской на юго-восток с целью «свертывания» обороны противника и второй — силами правого фланга 24-й армии генерал-майора И.В.Галанина вдоль левого берега Дона на юг с целью отсечения войск противника, действовавших в малой излучине Дона, от его группировки в районе Сталинграда. Глубина операции для 65-й армии составляла 60 км, а для 24-й армии — 20 км.
Главный участник сентябрьских и октябрьских боев к северу от Сталинграда, 66-я армия генерал-лейтенанта А.С.Жадова на этот раз должна была выполнять вспомогательную задачу. Ей предписывалось своими активными действиями сковать противостоящего противника, лишив его возможности маневрировать резервами.
Действия наземных войск фронта поддерживались с воздуха 16-й воздушной армией генерал-майора авиации С.И.Руденко.
Следует отметить, что идеей разделения наступления на «танковое» и «пехотное» был пронизан не только план наступлений на московском и сталинградском направлениях, но и сам «Уран». Бедная тыловыми коммуникациями местность отдавалась для наступления преимущественно подвижными соединениями, а район с лучше развитой транспортной сетью получал больше стрелковых соединений. Наступавшие с рубежа озер южнее Сталинграда армии имели в своем составе мало стрелковых дивизий, но именно здесь были использованы механизированные корпуса — наиболее сильные на тот момент самостоятельные танковые соединения Красной Армии. Напротив, к северу от города танковая армия имела в своем составе целых шесть стрелковых дивизий и два танковых корпуса. Такая дифференциация состава ударных группировок облегчала сосредоточение войск в подготовительный период и само ведение операции.
В целом план операции «Уран» был простым и даже изящным. От участков прорыва на реке Дон к северу от Сталинграда и от цепочки озер к югу от города наступающие армии расходились веером, образуя внешний и внутренний фронт окружения противника. Середину «веера» образовывали обладавшие наибольшей пробивной силой танковые и механизированные корпуса. Они должны были первыми прорваться навстречу друг другу и не позволить противнику, так или иначе, удержать «коридор», связывающий с основными силами группы армий. На ближайших к городу флангах ударных группировок находилась наименее подвижная пехота. Внешний фронт окружения образовывали кавалерийские соединения. Последние не обладали большой пробивной силой, но меньше зависели от тылов и могли устойчиво продвигаться в глубь степи, отодвигая как можно дальше от окружаемой армии Паулюса исходные позиции возможного деблокирующего удара.
Разумеется, передвижения советских войск в подготовительный период контрнаступления под Сталинградом были замечены немцами. Начиная с середины октября командование группы армий «Б» получило множество сведений о концентрации советских войск в районе Саратова, что могло свидетельствовать о подготовке наступления на сталинградском направлении. К 3 ноября разведка сообщала, что советские войска готовятся к наступлению против 3-й румынской армии. Было отмечено также интенсивное строительство переправ, что не могло быть полностью объяснено необходимостью улучшения снабжения войск.
