Hồng quân Liên Xô

Phương diện quân Kalinin (Tư lệnh: M. A. Purkayev) sử dụng cánh Bắc tham chiến tại khu vực Velikiye Luki.

• Tập đoàn quân xung kích 3 (Tư lệnh: Trung tướng Galitsky), biên chế gồm có:
  • Quân đoàn bộ binh cận vệ 5 do Thiếu tướng A. P. Beloborodov chỉ huy, trong thành phần có:
    • Sư đoàn bộ binh 357 của đại tá A. L. Kronik
    • Sư đoàn bộ binh cận vệ 9 của thiếu tướng I. V. Prostyakov.
    • Sư đoàn bộ binh cận vệ 46 của thiếu tướng S. I. Karapetyan.
  • Các sư đoàn trực thuộc tập đoàn quân:
    • Sư đoàn bộ binh 381 của đại tá B. S. Maslov
    • Sư đoàn bộ binh 257 của đại tá A. A. Dyakonov
    • Sư đoàn bộ binh cận vệ 21 của thiếu tướng D. V. Mikhailov
  • Lực lượng dự bị của tập đoàn quân:
    • Sư đoàn bộ binh 28 của đại tá S. A. Knyazkov.
    • Lữ đoàn bộ binh 31 của đại tá A. V. Yakushev
    • Lữ đoàn bộ binh 184
• Lực lượng phối thuộc từ STAVKA:
  • Quân đoàn cơ giới 2 của thiếu tướng xe tăng I. P. Korchagin, đến mặt trận ngày 13 tháng 11, thành phần gồm có:
    • Lữ đoàn bộ binh mô tô số 47 (Lữ đoàn trưởng: Đại tá Dremov)
    • Lữ đoàn xe tăng cận vệ xung kích 18 (Lữ đoàn trưởng: Đại tá Galkin) được trang bị các xe tăng KV-1 và T-60
    • Lữ đoàn xe tăng 34 (Lữ đoàn trưởng: Trung tá Bogdanov) được trang bị các xe tăng T-34 và T-70
    • Lữ đoàn xe tăng 36 (Lữ đoàn trưởng: Trung tá Zheleznov, từ ngày 30-12-1942: đại tá Khubayev) được trang bị các xe tăng T-60 và T-70
  • Không quân tầm xa do tướng S. K. Golovanov chỉ huy gồm có
    • Sư đoàn không quân tầm xa số 3 (Tư lệnh: Đại tá Yukhanov)
    • Sư đoàn không quân tầm xa số 17 (Tư lệnh: Thiếu tướng Không quân Loginov)
    • Sư đoàn không quân tầm xa số 222 (Tư lệnh: Đại tá Titov)

Tổng quân số và trang bị ban đầu gồm 95.608 người, 743 pháo, 1.346 súng cối, 46 dàn Katyusha, 390 xe tăng (trong đó có 160 xe tăng hạng nhẹ T-60 và T-70)[8]

• • Tập đoàn quân không quân 3 của thiếu tướng không quân M. M. Gromov yểm hộ tấn công mặt đất.

Trong quá trình chiến dịch, các đơn vị sau đây được Bộ Tư lệnh Phương diện quân Kalinin tăng viện:[9]

• • Quân đoàn bộ binh 8 Estonia của thiếu tướng L. A. Pern, được đưa đến mặt trận từ ngày 19 tháng 11, gồm có:
    • Sư đoàn bộ binh 7 Estonia của đại tá A. A. Vassil và đại tá K. A. Alikas (từ ngày 6-1-1943)
    • Sư đoàn bộ binh 19 của thiếu tướng D. M. Barinov và đại tá I. D. Vasilyev (từ ngày 20-12).
    • Sư đoàn bộ binh 249 Estonia của A. I. Saueselg và đại tá Zh. Ya. Lombak (từ ngày 24-12).
  • Sư đoàn bộ binh 360 của đại tá A. G. Poznyak, (đến mặt trận ngày 22 tháng 12).
  • Lữ đoàn bộ binh 100 Kazakstan của đại tá E. V. Voronkov, (đến mặt trận ngày 22 tháng 12).
  • Sư đoàn bộ binh 32 của đại tá I. S. Bezuglyi (đến mặt trận ngày 9 tháng 1 năm 1943).
  • Sư đoàn bộ binh 150 của đại tá N. O. Guz (đến mặt trận ngày 15 tháng 1 năm 1943).

Quân đội Đức Quốc xã

• Cụm Tập đoàn quân Trung tâm do thống chế Günther von Kluge chỉ huy, cánh Bắc của nó đóng quân tại Velikiye Luki, Novosokoniki và các vùng lân cận được gọi là Cụm tác chiến "Chevallerie" do tướng Kurt von der Chevallerie, Tư lệnh Quân đoàn bộ binh 30 (Đức) chỉ huy, trong thành phần có:
  • Quân đồn trú trong thành phố Velikiye Luki, còn được gọi là Cụm tác chiến "Wöhler" do trung tướng Otto Wöhler chỉ huy, có tổng quân số khoảng 50.000 người; thành phần bao gồm:
    • Sư đoàn bộ binh 83 của Trung tướng Theodor Scherer
    • Cụm tác chiến "Meyer" đóng ở Tây Nam Velikiye Luki gồm có
      • Ba tiểu đoàn bộ binh, hai tiểu đoàn pháo tự hành diệt tăng StuGIII, hai tiểu đoàn pháo binh và một tiểu đoàn pháo phản lực.
      • Trung đoàn bộ binh 277 của Trung tá Von Saß đóng quân trong nội đô thành phố)
      • Trung đoàn không vận số 3 (phối thuộc)
      • Tiểu đoàn vệ binh 336 (đồn trú)
      • Khẩu đội pháo phản lực Nebelwerfer 42 cỡ nòng 21 cm
  • Quân đồn trú tại thành phố Novosokolniki:
  • Sư đoàn sơn chiến 3 đóng trong nội đô Novosokolniki
  • Tiểu đoàn bộ binh cơ giới độc lập 863 đóng ở phía Nam Novosokolniki.

Trong quá trình chiến dịch, Cụm tập đoàn quân Trung tâm (Đức) thực hiện Chiến dịch giải vây Totila và điều đến khu vực mặt trận các đơn vị của Tập đoàn quân xe tăng 3 và Sư đoàn xe tăng 8 của Tập đoàn quân 16:

• Ngày 28 tháng 11:
  • Sư đoàn xe tăng 8 phản công ở phía Bắc Novosokolniki
• Ngày 9 tháng 12:
  • Sư đoàn xe tăng 12 phản công trên hướng Litvinikha - Velikye Luki
  • Sư đoàn cơ giới 20 phản công trên hướng Litvinikha - Velikye Luki
  • Sư đoàn bộ binh 291 phản công trên hướng Litvinikha - Velikye Luki
  • Sư đoàn đổ bộ đường không 6 (Đức) đến khu vực phía Balashi.
  • Lữ đoàn bộ binh mô tô "Đan Mạch" đến khu vực phía bắc Balashi.
  • Lữ đoàn kỵ binh 1 SS đến khu vực nhà ga Chernozem.
• Ngày 4 tháng 1 năm 1943:
  • Sư đoàn bộ binh 205 đến khu vực Lobkovo
  • Sư đoàn bộ binh 708 đến khu vực Suragino.
• Ngày 6 đến ngày 13 tháng 1 năm 1943:
  • Sư đoàn bộ binh 331 đến khu vực Bashmakovo.
  • Sư đoàn bộ binh 707 đến khu vực Butitino.
  • Sư đoàn bộ binh 93 đến khu vực Gromovo.