Вместе с Климентом Ворошиловым и Борисом Шапошниковым Николай Воронов в середине августа представлял СССР на консультационных переговорах с английской военной делегацией, состоявшихся в рамках визита Уинстона Черчилля в Москву. В сентябре Воронов сопровождал Александра Василевского в поездке по Юго-Западному, Сталинградскому и Донскому фронтам. На основе полученных с фронтов сведений была начата разработка операции «Уран», в ходе которой на начальника артиллерии и штаб артиллерии РККА возлагалась задача по планированию артиллерийской подготовки, артиллерийского сопровождения, снабжения артиллерии и расчёта её потребности в боеприпасах. После утверждения плана операции Воронов работал с начальниками артиллерии фронтов и непосредственно контролировал подготовку армейских частей к проведению наступления, а в дни проведения операции находился на командно-наблюдательном пункте 21-й армии, где контролировал действия артиллерии армии и руководил допросами пленных.