К17 июня Военный совет Южного фронта разработал план, который был представлен на утверждение наркому обороны. 19 июня в Проскурове генерал Жуков провел специальное оперативное занятие с Военными советами армий и командирами корпусов с целью ознакомить их с характером и планом операции. Были даны указания об особенностях боевой подготовки войск и тылов к предстоящей операции, докладывалось о состоянии войск, уточнялись задачи, порядок взаимодействия.
22–23 июня Военные советы армий прорабатывали на местности с командирами корпусов и дивизий вопросы занятия исходного положения, организации предстоящего наступления, взаимодействия родов войск, управления, связи, устройства тыла и действий на ближайшем этапе. С командирами нижестоящего звена эти вопросы прорабатывались за день до начала операции.
Военные стратеги разработали два оперативных, варианта. Первый рассматривал ситуацию, когда Румыния не согласится на мирное урегулирование территориального вопроса и придется начать еще одну войну без объявления войны. В этом случае предусматривалось нанести концентрические удары силами 12-й армии из района севернее Черновиц вдоль реки Прут на Яссы и 9-й армии из района Тирасполя южнее Кишинева на Хунта и окружить румынские войска в районе Бельцы — Яссы. Для дезорганизации тылов противника, после сокрушающих ударов с воздуха по румынским аэродромам, со 120 тяжелых бомбардировщиков ТБ-3 под прикрытием 300 истребителей планировалась выброска 2000 человек десанта из состава 201-й, 204-й и 214-й воздушно-десантных бригад. Черноморский флот, приведенный 15 июня в состояние боевой готовности, получил задачи по борьбе с румынским флотом. На реке Дунай создавалась военная флотилия.
Чуть позднее был разработан второй вариант оперативного плана, предусматривавший мирное разрешение конфликта. В этом случае отход румынских войск на реку Прут должен был сопровождаться опережающим выходом подвижных советских частей на новую границу и установлением контроля над тем, как бы румыны ничего ценного из Бессарабии не унесли.
Советские войска были приведены в боевую готовность и 10 июня получили директивы на сосредоточение под видом учебного похода, которое должно было завершиться 14 июня. Однако выдержать график не удалось. Приведение войск в боевую готовность без призыва приписного состава потребовало перераспределения военнослужащих для формирования необходимых тыловых и вспомогательных подразделений. Для этого привлекалось почти 35 тысяч солдат из нестроевых частей, слабо подготовленных к выполнению возложенных на них новых обязанностей. Нехватка начальствующего состава тыловых специальностей и медицинского персонала восполнялась их призывом из запаса. В тылу для обеспечения боевых операций разворачивались склады, хлебопекарни, полевые госпитали и эвакуационные пункты, ве-теринарные лазареты. Убыль личного состава должны были восполнить 27 маршевых батальонов, 5 запасных саперных рот и 255 танковых экипажей. Из-за недостатка транспорта выступавшие в поход войска не могли сразу взять с собой все необходимое вооружение и имущество, что приводило к задержке сосредоточения. Организационные проблемы привели к тому, что войска Южного фронта смогли завершить развертывание только к 27 июня. К началу операции в войска фронта было завезено 142 эшелона боеприпасов, 85 эшелонов продовольствия и фуража.
Части 12-й армии сосредоточились в Прикарпатье фронтом на северо-восток. Штаб генерала Парусинова передислоцировался из Станислава в Коломыю, где ему были подчинены 8-й, 13-й, 15-й, 17-й стрелковые корпуса (всего 12 дивизий и 5 танковых бригад) и Армейская кавалерийская. группа генерал-лейтенанта Я.Т. Черевиченко в составе 2-го и 4-го кавалерийских корпусов (4 кавдивизии и 2 танковые бригады). Часть войск 5-й армии, развернутой на Волыни, была переподчинена 6-й и 12-й армиям. Штаб генерала Герасименко был переброшен из Луцка в Дунаевцы, где он объединил 36-й и 49-й стрелковые корпуса (5 стрелковых дивизий и 2 танковые бригады). Штаб 9-й армии, в состав которой вошли 7-й, 35-й, 37-й, 55-й стрелковые и 5-й кавалерийский корпуса (14 дивизий и 2 танковые бригады), обосновался в Гроссулово. Войска частью перебрасывались по железной дороге, частью — пешим порядком.
