Директива Ставки ВГК послужила основой для планирования Корсунь-Шевченковской наступательной операции. Командующий 2-м Украинским фронтом учитывал, что после закончившейся незадолго до этого Кировоградской операции район западнее и северо-западнее Кировограда был наиболее плотно занят неприятельскими войсками. С учетом этого он решил главный удар нанести севернее Кировограда смежными флангами 4-й гвардейской и 53-й армий (14 стрелковых дивизий) при поддержке авиации фронта. После прорыва обороны противника на 19-километровом участке Вербовка, Васильевка обе армии должны были развивать наступление на Шполу, Звенигородку При этом 4-я гвардейская армия нацеливалась на внутренний фронт, а 53-я армия — на внешний фронт окружения.
5-ю гвардейскую танковую армию (218 танков и 18 САУ) генерал армии Конев планировал ввести в сражение в полосе 53-й армии{371}.[58] Ей предстояло завершить прорыв обороны противника и, стремительно развивая наступление, к исходу второго дня операции выйти в район Шполы. В дальнейшем предписывалось овладеть Звенигородкой и, соединившись с подвижными войсками 1-го Украинского фронта, замкнуть кольцо окружения и вместе с 53-й армией образовать внешний фронт.
Кроме главного удара генерал армии Конев намечал нанести два вспомогательных удара: один — 5-й и 7-й гвардейскими армиями в районе западнее и юго-западнее Кировограда; другой — силами 52-й армии в направлении Малое Староселье, Городище. Если удары 5-й и 7-й гвардейских армий предназначались для отвлечения сил и внимания врага от направления главного удара, то наступление 52-й армии проходило в тесном взаимодействии с ударной группировкой фронта. Эта армия должна была принять активное участие в разгроме корсунь-шевченковской группировки. В свой резерв командующий 2-м Украинским фронтом выделил 5-й гвардейский Донской кавалерийский корпус, планируя использовать его во взаимодействии с 5-й гвардейской танковой армией для удара по тылам корсунь-шевченковской группировки. В связи с тем, что в общевойсковых армиях было мало танков НПП, генерал армии Конев приказал использовать несколько танковых частей и соединений 5-й гвардейской танковой армии для прорыва обороны противника в полосе 53-й армии.
К началу операции на 1-м и 2-м Украинских фронтах было создано превосходство над противником по пехоте в 1,7 раза, артиллерии — в 2,4, танкам и САУ — в 2,7 раза. По авиации силы сторон были примерно равными. На направлениях главных ударов в результате проведенных перегруппировок было достигнуто более значительное превосходство над противником: в 1-м Украинском фронте — почти двукратное по пехоте и трехкратное по танкам и артиллерии; во 2-м Украинском фронте — более чем трехкратное по пехоте, шестикратное по артиллерии и десятикратное по танкам.
Поддержка и прикрытие войск с воздуха возлагались на 2-ю и 5-ю воздушные армии. Они должны были содействовать наземным войскам в прорыве вражеской обороны, обеспечить ввод танковых армий, уничтожить авиацию противника над полем боя и прикрывать боевые порядки своих войск.
При подготовке к операции генерал армии Конев и его штаб сумели в трудных условиях осуществить скрытную перегруппировку значительных сил 2-го Украинского фронта на север и подготовить их для нанесения удара. Рано начавшаяся оттепель и распутица затрудняли маневр войск, подвоз материальных средств и использование авиацией грунтовых аэродромов. Надо отдать должное Ивану Степановичу, который успешно решил столь сложную задачу. Все перегруппировки по его указанию осуществлялись только ночью с жестким регулированием движения, по строго определенным маршрутам и графику. Особенно искусно и дисциплинированно совершила перегруппировку на расстояние более 100 км 5-я гвардейская танковая армия. Для достижения внезапности при перегруппировке войск на направление главного удара были приняты меры по оперативной маскировке и дезинформации. С этой целью создавались ложные районы сосредоточения танков и артиллерии, огневые позиции, имитировались ложные передвижения войск и техники. Большое внимание командующий фронтом уделял организации боевой и политической подготовки войск, разведке противника, отработке вопросов взаимодействия и подготовке передовых (штурмовых) батальонов.
Для того чтобы избежать артиллерийской подготовки по частям прикрытия врага и установить истинное положение его главной полосы обороны, командующий артиллерией 2-го Украинского фронта генерал-лейтенант артиллерии Н.С. Фомин предложил вначале провести мощный, но короткий артиллерийский налет и сразу же начать наступление передовыми батальонами. В случае их успеха ввести в действие основные силы ударной группировки фронта. Такой метод прорыва обороны противника оказался эффективным.