Завершив окружение 6-й и части сил 4-й танковой немецких армий, советское командование решило одновременно с операцией по ликвидации этих вражеских сил разгромить 8-ю итальянскую армию и войска противника, отброшенные на р. Чир и за Дон, а также резервы противника, перебрасываемые сюда с других направлений. Конечная цель наступления была, как обычно, весьма амбициозной — выход к Ростову и отсечение от основных коммуникаций большей части групп армий «А» и «Б». Операция получила кодовое наименование «Сатурн». Однако развитие событий под Сталинградом заставило видоизменить операцию и существенно уменьшить ее масштабы и ограничить цели.
В директиве Ставки ВГК от 13 декабря было сказано следующее:
«Операция «Сатурн» с выходом на [рубеж] Каменск, Ростов была задумана при благоприятной для нас военной обстановке, когда у немцев не было еще резервов в районе Боковский, Морозовский, Нижне-Чирская, когда танковая армия успешно наступала в сторону Морозовского и когда предполагалось, что удар с севера будет поддержан одновременным ударом с востока, в сторону Лихой. При этом предполагалось, что 2-я гвардейская армия будет передвинута в район Калача и использована для развития успеха в сторону Ростов, Таганрог. В этой обстановке операция «Сатурн» была вполне обоснованна» (Русский архив: Великая Отечественная: Ставка ВГК. Документы и материалы. 1942 г. … С. 466).
Констатировав невозможность проведения операции в ее первоначальном варианте, директива Ставки ВГК указывала, что «необходимо видоизменить операцию «Сатурн». Видоизменение состоит в том, чтобы главный удар направить не на юг, а на юго-восток в сторону Нижнего Астахова и с выходом на Морозовский, с тем чтобы боковско-морозовскую группу противника взять в клещи, пройтись по ее тылам и ликвидировать ее одновременным ударом с востока» (там же).
Прорыв предполагалось произвести в тех же районах, в которых был он задуман по операции «Сатурн». Операция получила наименование «Малый Сатурн». Соответственно в литературе в дальнейшем спланированную, но неосуществленную операцию стали именовать «Большим Сатурном».
Задачи «Малого Сатурна» соответствовали примерно ближайшей задаче «Большого Сатурна». Это было вполне естественно в условиях, когда штабами уже была проделана колоссальная работа по подготовке к наступлению. По первоначальному плану выполнение ближайшей задачи «Большого Сатурна» планировалось нанесением ударов по сходящимся направлениям на Миллерово: с севера — из района Верх. Мамона, и с востока — из района севернее Чернышевской, а также с нижнего течения р. Чир на Тацинскую.
Для осуществления этого замысла Юго-Западный фронт был усилен войсками из резерва Ставки ВГК. В его состав было направлено пять стрелковых дивизий, два танковых и два механизированных корпуса, шесть танковых полков и одно армейское управление. На правом крыле фронта на участке от Верх. Мамона до Вешенской была развернута новая 1-я гвардейская армия генерал-лейтенанта В.И.Кузнецова в составе семи стрелковых дивизий, одного танкового корпуса и трех танковых полков. Главную группировку эта армия создавала на своем правом фланге.
Прежняя 1-я гвардейская армия была переименована в 3-ю гвардейскую армию. Командующим остался генерал-лейтенант Д.Д.Лелюшенко. Эта армия в составе семи стрелковых дивизий, двух стрелковых и одной мотострелковой бригад, одного механизированного корпуса и трех танковых полков занимала участок от Вешенской до Чернышевской, имея главную группировку на своем левом фланге.
5-я танковая армия в составе шести стрелковых дивизий, механизированного и кавалерийского корпусов и двух танковых бригад занимала участок от Чернышевской до устья р. Лиски (приток р. Чир).
В стык Юго-Западного и Сталинградского фронтов выдвигалась 5-я ударная армия генерал-лейтенанта М.М.Попова в составе танкового корпуса и двух стрелковых дивизий. Эта армия развертывалась на участке от устья р. Лиска до Верхне-Рубежного, принимая в свой состав две стрелковые дивизии и кавалерийский корпус от 5-й танковой армии Юго-Западного фронта и 4-й механизированный корпус, выдвинутый на левый берег Дона у Нижне-Чирской, от 57-й армии. Помимо этого, в состав Сталинградского фронта из резерва Ставки Верховного Главнокомандования направлялись четыре стрелковые дивизии, одна танковая бригада и два танковых полка.
Действовавшая на левом крыле Воронежского фронта 6-я армия Ф.М.Харитонова усиливалась танковым корпусом из резерва Ставки и создавала ударную группировку в составе этого корпуса и четырех стрелковых дивизий на своем левом фланге, примыкающем к ударной группировке 1-й гвардейской армии Юго-Западного фронта.
В связи с переходом от «Сатурна» к «Малому Сатурну» наступающие фронты должны были сосредоточиться на уничтожении непосредственно противостоящего им противника. Ранее предполагалось, что эта задача будет решена окружением всей группы армий «Б». Теперь было приказано командующему Юго-Западным фронтом нанести главный удар из района Верхняя Мамона не в южном, а в юго-восточном направлении с ближайшей задачей силами 1-й и 3-й гвардейских армий окружить и уничтожить основные силы 8-й итальянской армии, а также группировку противника в районе Боковской и далее наступать на Морозовский.
Вследствие перераспределения задач были перераспределены силы. Ударная группировка 1-й гвардейской армии была усилена еще двумя танковыми корпусами — одним из 6-й армии и одним из резерва фронта.
Теперь 1-я гвардейская армия силами 35-й и 41-й гвардейских, 195-й стрелковой дивизий, двух дивизий 6-го гвардейского стрелкового корпуса должна была прорвать оборону противника в районе осетровского плацдарма. Далее предполагалось ввести в бой 24-й (89 Т-34 и 59 Т-70), 25-й (73 Т-34, 6 Т-70 и 52 Т-60) и 18-й (60 Т-34 и 26 Т-70) танковые корпуса. Танковые корпуса, а по их следам и стрелковые дивизии армии развивали наступление в южном и юго-восточном направлениях, охватывая с запада и уничтожая основные силы 8-й итальянской армии и группы «Холлидт». Стрелковыми соединениями армия должна была выдвинуться на рубеж Марковка, Чертково, Никольская, а тремя танковыми корпусами, громя тылы врага, развивать стремительный удар на Тацинскую, Морозовский и Чернышковский. Вспомогательные удары, силою до дивизии каждый, армия наносила южнее Замостья и южнее Мигулинской.
3-я гвардейская армия силами четырех стрелковых дивизий, двух стрелковых, одной мотострелковой бригад и одного механизированного корпуса прорывала оборону противника в районе Боковской и развивала удар в общем направлении на Морозовский, охватывая частью сил 8-ю итальянскую армию с юга. К концу операции армия должна была выдвинуться на рубеж Никольская, Тацинская, Морозовский. Вспомогательный удар силою одной стрелковой дивизии армия наносила восточнее Вешенской.
5-я танковая армия Юго-Западного фронта, а также 5-я ударная армия Сталинградского фронта должны были наступать с севера и востока против группировки немецких войск в районе Тормосина.
С запада операция обеспечивалась наступлением 6-й армии Воронежского фронта на Кантемировку с выходом ее на рубеж Нов. Калитва, Марковка и ударом 17-го танкового корпуса этой армии через Кантемировку на Волошине.