По штату в тяжелой танковой бригаде танковой армии насчитывалось 24 тяжелых танка КВ и 27 легких танков Т-60/Т-70 (на 3 января 1943 года в 3-й танковой армии была только одна 97-я тяжелая танковая бригада 12-го танкового корпуса. — Примеч. авт.), а в остальных — по 20 средних танков Т-34 и 26 легких танков Т-70/Т-60. В 201-й танковой бригаде на 12 января 1943 года числилось 49 танков английского производства: 6 МК II «Матильда» и 43 МК III «Валентайн». В 173-й танковой бригаде на 15 января 1943 года было 5 КВ, 21 Т-34 и 20 Т-70/Т-60[2].
Армия имела задачу, наступая в 30-километровой полосе (от Пасеково до Ясиноватой), ударом главных сил из района северо-западнее Кантемировки прорвать на 10-километровом участке оборону 24-го танкового корпуса противника и развивать наступление в северо-западном направлении. К исходу четвертого дня наступления армия должна была танковыми корпусами выйти на рубеж Каменка, Алексеевка, где соединиться с войсками 40-й армии и 18-го стрелкового корпуса, наступающих с северо-востока, окружить и уничтожить острогожско-россошанскую группировку противника, а 7-м кавалерийским корпусом развить успех в западном направлении, овладеть Валуйками и Уразово и перерезать железную дорогу Касторная — Купянск. Глубина задачи армии составляла 150 км, среднесуточный темп наступления танковых корпусов — 40 км, а стрелковых дивизий — 20 км[3].
Для поддержки боевых действий армии выделялись 227-я штурмовая и 205-я истребительная авиационные дивизии, 646-й и 715-й ночные авиационные полки (У-2) 2-й воздушной армии.
В течение 5 января командарм П. С. Рыбалко с командирами танковых корпусов, стрелковых дивизий, начальниками родов войск и офицерами штаба армии производил рекогносцировку местности. Командарм решил прорвать оборону противника тремя стрелковыми дивизиями и стрелковой бригадой, усиленной танками непосредственной поддержки и артиллерией, а танковые корпуса и кавалерийский корпус использовать для развития успеха. Учитывая, что в полосе наступления армии оборона противника была недостаточно развитой и ее глубина не превышала 4 км, танковые корпуса планировалось ввести в сражение после продвижения стрелковых дивизий на глубину до 3 км.
В центре наступали 180-я и 48-я гвардейская стрелковые дивизии, а на флангах — 37-я стрелковая бригада и 184-я стрелковая дивизия со средствами усиления. При этом 180-я дивизия получила на усиление 173-ю отдельную танковую бригаду, а 48-я гвардейская стрелковая дивизия — 97-ю танковую бригаду 12-го танкового корпуса.
