Командование Воронежского и Степного фронтов, используя прибывающую артиллерию усиления и все свои внутренние ресурсы, создало мощные оперативные артиллерийские группировки в армиях, наносивших главный удар. Это позволило создать в этих армиях высокую оперативную плотность артиллерии – 113 и 129 орудий и минометов на 1 км фронта в полосах 5-й и 6-й гвардейских армий Воронежского фронта и 242 орудия и миномета на 1 км – в полосе 53-й армии Степного фронта.
Всего на харьковском направлении было сосредоточено 13,5 тысячи орудий и минометов и более 800 боевых установок и рам полевой реактивной артиллерии. В сосредоточенных в обоих фронтах артиллерийских соединениях и частях некомплект материальной части составлял 3,4 тысячи орудий и минометов (19 %). Наибольший некомплект имела батальонная и полковая артиллерия. Из всей наличной артиллерии (без зенитной) 46 % приходилось на минометы, 48 % – на пушки и гаубицы и около 6 % – на реактивные установки.
Кроме того, в зенитной артиллерии имелось 708 пушек, из них 456 – на Воронежском и 252 – на Степном фронте.
Организационно 56 % всей полевой артиллерии (без зенитной) приходилось на долю батальонной и полковой артиллерии стрелковых и танковых частей и подразделений. 44 % артиллерии входило в состав артиллерийских полков стрелковых дивизий, танковых и механизированных корпусов и отдельных артиллерийских соединений и частей РВГК. Эта часть артиллерии была наиболее приспособленной к централизованному управлению ею и, следовательно, составляла основу для массированного использования ее огня. При этом около 58 % этой части артиллерии входило в состав артиллерийских соединений и частей РВГК, не связанных организационно-штатной принадлежностью к общевойсковым соединениям (стрелковым, танковым, механизированным и кавалерийским). Это обстоятельство делало эту значительную часть артиллерии главным средством для маневра с целью создания огневого превосходства над противником на главных направлениях и на участках прорыва.
Кроме сил и средств войсковой артиллерийской разведки, Воронежский фронт имел пять отдельных разведывательных артиллерийских дивизионов (815, 621, 12-й гв., 811-й и 784-й орад) и две отдельные корректировочные авиационные эскадрильи (51-й и 60-й окаэ). 5-я гвардейская армия получила два дивизиона и одну эскадрилью, 6-я гвардейская – один дивизион и одну эскадрилью, а 40-я и 27-я армии – по одному разведывательному дивизиону каждая.
Наступление войск Воронежского и Степного фронтов началось утром 3 августа одновременным ударом артиллерии главных группировок обоих фронтов. В этот день в наступление перешли 6-я и 5-я гвардейские армии Воронежского фронта и 53-я армия и правофланговый корпус 69-й армии Степного фронта. Артиллерийская подготовка, начавшаяся в 5 часов утра, в армиях Воронежского фронта проводилась по фронтовому графику, а в 53-й армии Степного фронта вместо 2 часов 55 минут она продолжалась только 30 минут.
После окончания артиллерийской подготовки войска перешли в атаку, поддержка которой осуществлялась весьма своеобразно. С началом движения пехоты в атаку вся артиллерия, за исключением групп ДД, открывала огонь по первым траншеям и вела его с максимальным темпом до подхода пехоты на безопасное удаление от своих разрывов, после чего переносила огонь на вторые, а затем в том же порядке и на третьи траншеи. С овладением пехотой третьей траншеей (500–800 м) артиллерия вела заранее спланированный огонь по узлам сопротивления на глубину до 2 км.
Группы орудий, выполнявших во время артиллерийской подготовки задачи огнем прямой наводкой, с момента атаки переднего края переключались на непосредственное сопровождение танков и пехоты, действуя в их боевых порядках. С захватом намеченных рубежей немедленно принимались меры к их удержанию, для чего в первую очередь на этих рубежах организовывалась надежная противотанковая оборона за счет частей противотанковой артиллерии и орудий сопровождения.
Войска всех армий благодаря мощной и непрерывной поддержке артиллерии успешно развивали наступление и к исходу первого дня операции продвинулись на 7–8 км.
Необходимо отметить, что успешному развитию наступления войск 6-й и 5-й гвардейских армий способствовало и то обстоятельство, что в 13 часов в их полосах были введены в сражение 1-я и 5-я гвардейская танковые армии, которые к исходу того же дня прорвались в глубину обороны противника до 26 км.
Немцы, не выдержав нашего удара, поспешно отходили в южном направлении, но в таких крупных населенных пунктах, как Томаровка, Борисовка, оказывали упорное сопротивление. Подвижные части, как правило, не задерживались перед этими пунктами, обходили их и стремительно продвигались вперед. Полной ликвидацией узлов сопротивления в Томаровке, Борисовке и других занимались стрелковые части, поддерживаемые мощным артиллерийским огнем.