Durante la Conferencia de Moscú, Sháposhnikov , Voroshílov y Vóronov representaron a la Unión Soviética durante las conversaciones con la delegación militar británica. En septiembre, acompañó a Aleksandr Vasilevsky en una gira por el Frente Sudoeste, el Frente de Stalingrado y el Frente del Don. Vóronov comenzó a planificar el bombardeo de artillería en la Operación Urano. Tras la aprobación del plan para la Operación Urano, trabajó con los jefes de artillería de los frentes y supervisó el entrenamiento de unidades para llevar a cabo la ofensiva. Durante el comienzo de la operación, estaba en el puesto de mando del 21.º Ejército (teniente general Iván Chistiakov), en los alrededores de Serafimóvich a orillas del río Don.