Командование Донского фронта, считая, что ему для наступления на Котлубань требуется не семь, а 10 новых дивизий, предложил сначала нанести удар в районе Кузьмичи – высота 139,7, соединится с 62-й армией и к 24 октября окружить части 14-го моторизованного корпуса в районе Орловка, Рынок, а только потом наступать на Гумрак. Ставка предложение Рокоссовского отвергла, но разрешила провести частную наступательную операцию против орловской группировки противника, еще до прибытия семи свежих дивизий. Эта операция 9—10 октября завершилась полным провалом, а 1-ю гвардейскую армию из-за больших потерь пришлось расформировать и остатки влить в 24-ю армию.
Теперь удар планировалось наносить усиленными 57-й и 51-й армиями Сталинградского фронта в направлении озеро Цаца – Тундутово и 66-й армией Донского фронта в направлении Котлубань – Алексеевка. 21-я армия Донского фронта должна была занять Клетскую и расширить плацдарм.
66-я армия генерал-майора А. С. Жадова, кроме входивших в ее состав пяти стрелковых дивизий (64-й, 84-й, 99-й, 120-й и 299-й), получила четыре дивизии из 24-й армии (49-я, 116-я,231-я и 234-я) и четыре дивизии из резерва Ставки (62-я, 212-я, 226-я и 252-я), а также 58-ю, 64-ю, 91-ю танковые бригады, 648-й танковый батальон. На усиление армии были направлены 23 артиллерийских и минометных полка РГК и 12 полков «катюш». На километр фронта приходилось 74 орудия и 16 танков.
В резерве Донского фронта имелись 16-й (107-я, 109-я, 164-я танковые, 15-я мотострелковые бригады) и 4-й (45-я, 47-я, 102-я танковые и 4-я мотострелковые бригады) танковые корпуса, предназначенные для ввода в прорыв на участке 66-й армии.
Всего фронт имел около 3 тыс. орудий и минометов, калибром 76 мм и выше (без зенитных), 218 установок реактивной артиллерии и около 500 танков. С воздуха наступление поддерживала 16я воздушная армия, имевшая более 250 истребителей и 140 штурмовиков, а также не менее 60 ночных бомбардировщиков.
Наступление войск Донского фронта началось 20 октября с 30-минутной артподготовки по площадям. Противодействие люфтваффе было слабым. 8-й немецкий авиакорпус имел 144 исправных боевых самолета, в том числе в 3-й истребительной эскадре было 40 исправных истребителей, во 2-й эскадре пикирующих бомбардировщиков – 41 Ю-87, и 13 штурмовиков «Хеншель»-123 и 11 истребителей-бомбардировщиков Ме-Ю9E в 1-й эскадре штурмовиков. Эти силы также действовали в самом Сталинграде, где им противостояли самолеты 8-й воздушной армии и 102-й истребительной авиадивизии ПВО.
