Tennant var den 10:e doktorn och Piper spelade hans på skärmen följeslagare Rose Tyler i BBC One showen.
Filmning på showen, som också kommer att stjärnan John Hurt, kommer att starta nästa vecka.
Tennants efterträdare, Matt Smith - även i special med sin nya assistent spelas av Jenna-Louise Coleman - säger fans "inte kommer att bli besviken" av 3D-showen, på grund av sändning den 23 november.
Tennant och Piper har länge ryktats om att göra en retur för den speciella, som är skriven av showens verkställande producent och författare Steven Moffat.
I januari förnekade Piper att hon skulle dyka upp på Graham Nortons show.
"Jag blev inte tillfrågad, nej", sa hon.
"Jag tror att Matt Smith kan ha sagt, i förbigående eller i skämt, det skulle vara trevligt.
"Jag tror att han kanske sa det och sedan blev det något helt annat, men nej."
Smith har sagt att showen "hanterar för att hylla allt - och ser fram emot".
"Jag läste den och klappade i slutet. Jag tycker det är roligt, det är episkt och det är stort, sa han.
Moffat, under tiden, har sagt att han var särskilt noga med att skydda hemligheterna i historien.
"En längd jag har gått till vilket är en riktigt bra säkerhet åtgärd - Jag ser till att jag inte får ett manus, eftersom jag kommer att förlora det," sade han.
"Jag förbjuder folk att ge mig en. Det är på min dator under lås och nyckel."
Den första historien om Doctor Who's 2013 kör, The Bells of Saint John - beskrivs av Moffat som en "riktig London thriller" - visades på lördag.
Tittare såg doktorn och Clara spela av Coleman och slåss mot en ond varelse i världens wi-fi-nätverk.
Framtida episoder av showen, som filmas i Cardiff, ser återkomsten av Cybermen och gamla fienden Ice Warriors, som senast dök upp under Jon Pertwee eran 1974.
Tennant medverkade i Doctor Who från 2005 till 2010 medan Piper först dök upp 2005 mittemot Christopher Eccleston, som spelade den nionde doktorn.
Hon lämnade showen 2006 men återvände för ett antal avsnitt 2008 samt för Tennants sista avsnitt, som sändes den 1 januari 2010.
Det första avsnittet av Doctor Who, ett ojordiskt barn, med William Hartnell som tidsherre, sändes den 23 november 1963.
Som en del av jubileumsevenemangen kommer BBC också att sända ett äventyr i rymd och tid - ett engångsdrama som tittar på hur sci-fi-showen kom att göras.
Doktor Who: The Bells of Saint John kommer att visas på BBC One vid 18:15 GMT på lördag.
David Tennant och Billie Piper kommer att uppträda på 50-års special av Doctor Who, BBC har bekräftat.