Вскоре в Красной армии было восстановлено корпусное звено. И сразу же Варенцов начал формировать корпусные артиллерийские группы. Корпусная группа артиллерии дальнего действия состояла из трёх пушечных полков и артиллерийского разведывательного дивизиона. Во время Сталинградской битвы это дало нашим войскам большое преимущество. Кроме того, для успешного проведения Острогожско-Россошанской наступательной операции Ставка усилила Воронежский фронт двумя артиллерийскими дивизиями, одной миномётной дивизией, зенитной артиллерийской дивизией, а также несколькими отдельными артполками РГК. Такое усиление дало войскам фронта преимущество в артиллерии в 1,5 раза. В руках командующего артиллерией впервые за всю войну появилась сила, которой он мог маневрировать, не опасаясь оставить без артиллерийского прикрытия даже второстепенные участки фронта. В то время как на участках прорыва было достигнуто десятикратное превосходство артиллерии: 108 орудий и миномётов на километр фронта.
После артподготовки, проведённой в два этапа, пехота пошла вперёд во весь рост. При этом лёгкая и самоходная артиллерия продвигалась позади пехотных цепей и танков. При обнаружении огневых точек тут же вступала в дело и точными выстрелами гасила их.
Итогом операции стало окружение крупной группировки противника в районе Россоши и Острогожска. Уничтожали её, блокированную, тоже тяжёлой артиллерией и миномётами, массируя огонь на определённых целях и направлениях.
Почти без всякой паузы войска Воронежского фронта приступили к проведению Воронежско-Касторненской операции. И здесь артиллерия показала себя блестяще. За успешное руководство артиллерией в ходе этой масштабной стратегической операции генерал С. С. Варенцов был награждён первым своим полководческим орденом — орденом Кутузова 1-й степени.
Зимой и весной 1943 года наши войска в ходе ряда успешных наступательных операций очистили от немецких, итальянских, венгерских и румынских войск обширный район. Противник постоянно контратаковал, некоторые позиции ему удалось вернуть назад. К весне наступило относительное затишье, линия фронта стабилизировалась и приняла довольно причудливые очертания. Внимание и наших, и немецких штабов невольно привлекал Курский выступ. Дуга фронта здесь изгибалась, вдавливаясь глубоко на запад. И той и другой стороне хотелось её спрямить. Но каждой стороне — по-своему. Назревала битва.
И той и другой стороне нужен был Курский выступ. И Ставка в Москве, и ОКХ в Берлине связывали свои дальнейшие планы ведения войны с удачным исходом дела именно на этом участке фронта. Как говорил поэт: «И вот нашли большое поле…»
В марте 1943 года на должность командующего войсками вновь вернулся генерал Н. Ф. Ватутин. Ставка начала формировать планы фронтов, войска которых должны были принимать участие в Курской битве: Воронежского, Центрального, Брянского, Западного и Степного округа. Впоследствии Степной округ тоже станет фронтом.
Участок Воронежского фронта составлял 244 километра. Перед ним стояли 4-я танковая армия Германа Гота и оперативная армейская группа «Кемпф» генерала Вернера Кемпфа. О намерениях немцев провести масштабное летнее наступление советскому командованию стало известно задолго до его начала. Стали очевидными и направления главных ударов. Для того чтобы собрать ударную группировку на севере против Центрального фронта (генерал армии К. К. Рокоссовский), весной 1943 года немцы провели операцию по спрямлению линии фронта и ликвидировали Ржевско-Юхновскую дугу. Высвободившиеся войска заняли позиции на Орловском плацдарме, который нависал над Курской дугой с севера и имел великолепные исходные для удара под основание выступа на юго-восток, к Курску. Такое же положение, только на Белгородском плацдарме, занимали войска группы армий «Юг» под командованием генерал-фельдмаршала Эриха фон Манштейна. Согласованный удар с 9-й полевой и 2-й танковой армиями, занимавшими Орловский плацдарм, мог привести к гигантскому «котлу», в котором могли быть запечатаны армии трёх советских фронтов в районе Курска.