苏军计划投入4个野战集团军，其中有3个集团军是新组建的，包括拥有5个近卫步兵师的近卫第1集团军，该集团军将担负最主要的突击任务。朱可夫原计划发动一场大规模的进攻作战，席卷德军整个北部防线，苏军将投入25万名士兵、400辆坦克的强大兵力。而当面的德军仅有第14装甲军和第8军一部，总计5个德国师，约5万人。
德军虽然在兵力上劣势很大，但是他们早已经构筑了坚固的纵深防御阵地，而且那里的地势平坦，非常有利于发扬德军的火力优势。另外在整个战役中德军牢牢占据着空中优势，这极大的限制了苏军的坦克行动。苏军的进攻从9月2日展开到9月12日转入防御，苏军没能突破德军的北部防线，自身反而遭到重创，人员伤亡了三分之一，坦克损失了四分之三，这是一场彻彻底底的失败。
回顾这场战役，教训是非常深刻的，三个新锐的野战集团军在短短10天内就已经消耗殆尽，却没能获得任何实质上的战果，尽管朱可夫亲自介入了这场进攻，可是还是毫无效果。战后朱可夫总结了这场进攻失败的原因，缺乏足够的火炮和坦克支援，在没有大量的炮火掩护下，坦克和步兵从正面强行冲击德军的纵深防御阵地几乎是不可能做到的，也必将遭到严重的损失。
朱可夫指出，要想取得胜利，还需要一个完整的合成集团军和数个坦克军和大量的支援炮兵部队以及一个新锐的空军集团军。朱可夫这样的高级将领总是在战役角度上来解决问题，从战术角度来看，新组建的苏军集团军的辖下各步兵师都是刚刚组建的预备役师，缺乏基本的训练和作战经验，加上进攻准备时间仓促，没有时间进行必要的战场侦查，和身经百战的德国国防军作战自然是要遭遇失败的，他们不缺乏勇气，但是仅靠勇气不能给他们带来胜利，这些新组建的苏军部队仍需要在战争中学习作战，幸存下来的士兵在两个月后将发起一场成功的进攻作战。
苏军在围歼斯大林格勒的德军第6集团军时，为什么不投入强大的坦克集团军加速战役进程？
苏军在斯大林格勒大反攻中总计投入了11个野战集团军，其中包括唯一的一个坦克集团军—第5坦克集团军，该坦克集团军隶属于西南方面军，负责纵深方向的战役发展，简单点说就是第5坦克集团军将部署在进攻第二梯队，首先由步兵集团军突破德军的战术防御地幅，然后由集团军辖内的坦克和机械化军扩大突破口，最后再派出坦克集团军向德军的纵深后方挺进，击败或者歼灭德军战役预备队，彻底打破德军重建防线的企图。
苏军在斯大林格勒方向的进攻计划分为两个阶段，第一阶段就是著名的“天王星行动”，旨在围歼斯大林格勒附近地区的德军进攻集团，第二阶段是“土星行动”，苏军继续向德军的纵深后方突击，彻底粉碎顿河区域的德军B集团军群，前出至罗斯托夫，从而切断德军A集团军群的后路，取得南翼决定性的胜利。但是战役的发展还是出乎了苏军的意料，苏军原以为斯大林格勒包围圈里只不过有9万人左右，没想到实际却超过30万人。
当时第5坦克集团军已经准备和另外两个精锐近卫集团军向德军奇尔河防线发起新的突击，负责围歼德军第6集团军的是隶属于顿河方面军和斯大林格勒方面军的7个野战集团军，虽然数量看似庞大，由于几个月来一直在从事激烈的作战，编制缺额都非常严重，这7个集团军加起来总兵力也不超过30万。从战术角度来看，苏军是没有必要投入具备强大突击能力的坦克集团军的，因为德军第6集团军已经构筑了纵深的防御阵地，并大大加强了阵地的反坦克火力，高密度的坦克集群进攻这种坚固设防的阵地是不合时宜的，而且极易遭受惨重的损失。
经验表明，以小型的坦克单位（独立坦克旅或团）支援步兵单位的进攻战术是较为合理的，这也成为苏军后来进攻坚固防线的经典战术。另外德军第6集团军也没有强大的装甲单位，辖下的几个装甲师都在斯大林格勒攻城战中消耗殆尽，包括突击炮在内，第6集团军的装甲车数量不超过150辆，而且由于严重缺乏燃料，大部分坦克都只能作为固定炮台使用，德军最多只集结起一支50辆坦克的装甲预备队可用于机动作战，所以德军第6集团军没有发动强大装甲反突击的能力，这是德军防御作战的常用战术，因此苏军也不需要预留太多的坦克部队来预防德军的装甲反击。
