自9月底到10月下旬，苏联的大反攻计划基本准备就绪。在苏德战场南部的战役将分两个阶段：第一阶段行动代号是“天王星”，目的是在斯大林格勒地区合围德第6集团军；第二阶段代号“土星”（计划于11月拟定），定于12月初开始，目的是从斯大林格勒以北的顿河中游发动进攻，南下夺取罗斯托夫，合围德“B”集团军群全部右翼军团，同时切断“A”集团军群从高加索退出的通道。在苏德战场中部还将发起“火星”战役，主要目的是拔除勒热夫突出部，初步定于10月23日开始行动。

“天王星”行动具体企图是：

在斯大林格勒西北面，瓦图京的西南方面军主力（第5坦克集团军和第21集团军）将利用顿河对岸的两个桥头堡（谢拉菲莫维奇、克列茨卡亚），突破罗马尼亚第3集团军防御；斯大林格勒南面，叶廖缅科的斯大林格勒方面军主力（第64、57、51集团军）从萨尔帕群湖出击，突破罗马尼亚第6军（属于德第4装甲集团军。后由罗第4集团军指挥）。然后，西南方面军向东南发展，斯大林格勒方面军向西北发展。战役第三天，两军将在顿河东岸的卡拉奇和苏维埃茨基会师，包围住德第6集团军。

再然后，西南方面军的近卫第1集团军向西南推进，前出至克里瓦亚和奇尔河；斯大林格勒方面军也继续南下，推进到阿布加涅罗沃、科捷尔尼科沃。苏军将在上述地区建立外部包围圈。西南方面军还要在奇尔河建立策应“土星”战役的侧翼阵地。

罗索科夫斯基的顿河方面军承担辅助任务。所辖第65集团军将配合西南方面军自克列茨卡亚向东出击；第24集团军（在卡恰林斯卡亚）则向南攻击。两个集团军应在韦尔佳奇（顿河小弯曲部）包围和消灭德第6集团的北翼军团（第11、8军）。因为第65集团军所要经过路程远超过第24集团军，所以第24集团军要晚三天才行动。