2 февраля Воронежский фронт приступил к проведению Харьковской наступательной операции в условиях, когда войска его правого крыла еще продолжали вести бои, уничтожая остатки фашистской группировки в междуречье верховьев Сейма, Псела и Оскола, пытавшейся через Обоянь уйти на запад, к городу Сумы. При подготовке и проведении этой операции я уделил основное внимание оказанию помощи руководству и войскам на харьковском направлении, а А. И. Антонов на курском направлении, особенно 60-й армии, которая должна была нанести главный удар с востока на Курск, через Щигры. Общими усилиями, несмотря на исключительные трудности, нам удалось добиться того, что с первых же дней операции в ней приняли участие все основные намечавшиеся силы. Гитлеровцы не имели на курском и харьковском направлениях такого количества войск, чтобы оказать нам серьезное сопротивление, и принимали меры, прежде всего, к тому, чтобы прочно прикрыть пути подхода к Харькову и Белгороду с востока, от Валуек; направление же с севера, со стороны Старого Оскола и далее на Белгород и Сумы, было обеспечено ими слабее. По замыслу советского командования, который лег в основу операции, группировка войск в составе 3-й танковой армии П. С. Рыбалко, усиленной 6-м гвардейским кавкорпусом, от Валуек наносила удар на Великий Бурлук, Печенеги, Чугуев, Мерефу, обходя Харьков с юга и юго-запада. Городом танковые соединения должны были овладеть с ходу. Другая группировка в составе усиленной 40-й армии К. С. Москаленко от Старого Оскола наносила удар через Корочу, Белгород и Золочев, то есть, обходя Харьков с севера и северо-запада.
Эти два удара, охватив все войска врага, находившиеся у Харькова и к западу от него, способствовали бы возникновению кольца, и тогда внутренний фронт окружения замкнулся бы в районе Богодухова и Люботина. Группировку из войск 69-й армии, созданную на базе 18-го отдельного стрелкового корпуса, под командованием М. И. Казакова (в штабе фронта его заменил генерал-майор А. П. Пилипенко) намечалось развернуть между 40-й и 3-й танковой армиями. Ее цель – наступать прямо на Харьков через Волчанск с северо-востока и при подходе к городу помочь 3-й танковой армии овладеть им. Основной удар на Курск наносила по плану 60-я армия И. Д. Черняховского. Между 60-й и 40-й армиями в направлении на Обоянь действовала 38-я армия Н. Е. Чибисова, а севернее 60-й, в общем направлении на Фатеж и далее на Дмитриев – Льговский, находилась в тесном взаимодействии с войсками Воронежского фронта 13-я армия (Брянский фронт) [135 Ошибочная ссылка на примечание – Xitsa] Н. П. Пухова.
Харьковская операция началась 2 февраля действиями 3-й танковой и 69-й армий. В этот же день перешла в наступление и 6-я армия Ф. М. Харитонова (Юго-Западный фронт), имевшая задачу ударом на Купянск, Балаклею, Змиев обеспечить левое крыло Воронежского фронта. 40-я и 60-я армии включились в операцию 3 февраля. Наступление развертывалось успешно. 7 февраля 40-я армия Москаленко овладела Корочей, а 9 февраля освободила Белгород. Успешно развивались действия и у Рыбалко. 5 февраля его войска достигли рубежа реки Северский Донец и приступили к ее форсированию, а 13 февраля уже вели напряженные бои на южных подступах к Харькову. 60-я армия Черняховского 8 февраля овладела Курском, а 7 февраля 13-я армия взяла Фатеж. Утром 10 февраля мы встретились в освобожденном от врага Курске с И. Д. Черняховским и А. И. Антоновым. Они подробно рассказали о жестоких боях, которые шли 7–8 февраля на подступах к городу и в самом городе. В тот момент 60-я армия сражалась километрах в 20 западнее Курска, стремясь пробиться ко Льгову. 12 февраля я обратился к Верховному Главнокомандующему с ходатайством: за отличное выполнение заданий Ставки, и за активную и успешную помощь в организации управления, и боев в период операций Воронежского и Брянского фронтов, наградить начальника Оперативного управления и заместителя начальника Генерального штаба генерал-лейтенанта А. И. Антонова орденом Суворова I степени.
16 февраля, обойдя Харьков, советские войска усилиями 40-й армии с севера, 3-й танковой с юга и 69-й с востока овладели городом. Во время моего доклада об этом по телефону Верховному Главнокомандующему мы условились, что Воронежский фронт продолжит наступление с тем, чтобы к 21 февраля выйти на линию Рыльск (60-я армия) – Лебедин (38-я через Сумы) – Зеньков (40-я через Ахтырку) – Полтава (69-я и 3-я танковая через Артемовну и Карловку). Выход войск фронта на этот рубеж должен был обеспечить устойчивость левого крыла развертывавшегося северо-западнее Курска и уже освободившегося под Сталинградом Центрального (бывшего Донского) фронта в предстоявшем его наступлении через Брянск на Смоленск, а также правого крыла Юго-Западного фронта, наступавшего с севера на Донбасс.