Так совпало, что именно в этот день немцы остановили наступление и ограничились силовой разведкой. В ночь на 17 июля они начали отвод с переднего края бронетанковых частей и тыловых подразделений в направлении Белгорода и Томаровки. Утром под прикрытием сильных арьергардов началось отступление главных сил группы армий «Юг». «Разгромленного» противника никто не преследовал. Не было здоровья. Наоборот, 17 июля Ватутин приказал вывести во второй эшелон соединения 5-й гвардейской танковой армии, остальным командармам — продолжать совершенствоваться в полевой фортификации. Лишь с обнаружением явных признаков подготовки немцев к отходу последовал приказ выделить от каждой дивизии по стрелковому батальону для проведения разведки боем, чтобы определить истинные намерения противника.
Манштейну для удобства отступления на подготовленные рубежи мечталось предварительно потрепать еще и 40-ю армию на своем левом фланге, но, во-первых, из ОКВ поступил приказ о срочном выводе из боя 2-го танкового корпуса СС и подготовке его к переброске в Италию; во-вторых, началось давно ожидаемое фельдмаршалом советское наступление в Донбассе.
В соответствии с замыслом Донбасской операции, войска Юго-Западного фронта под командованием генерала армии Р.Я. Малиновского с плацдарма на реке Северский Донец в районе Изюма смежными флангами 1-й и 8-й гвардейских армий наносили глубокий охватывающий удар в направлении Барвенково — Красноармейское. Подвижные соединения фронта — 23-й танковый и 1-й гвардейский механизированный корпуса — имели задачу войти в прорыв и ударом в направлении Сталино во взаимодействии с войсками Южного фронта окружить донбасскую группировку противника. В резерве на направлении главного удара находилась сформированная в третий раз 12-я армия генерал-майора А.И. Данилова. 3-я гвардейская армия генерал-майора Г.И. Хетагурова с плацдарма в районе Привольное должна была наступать на Артёмовск, раскалывая немецкую оборону на две части. Каждая гвардейская армия имела в своем составе три корпуса, или девять стрелковых дивизий. Каждой армии придавались по одной артиллерийской дивизии прорыва и по 2–3 танковых или самоходных полка. Операцию обеспечивала 17-я воздушная армия, которой командовал генерал-лейтенант В.А. Судец.
В полосе Юго-Западного фронта по реке Северский Донец оборонялись 9 пехотных дивизий 1-й танковой армии генерала фон Макензена. Противник подготовил хорошо организованную оборону, которая проходила по крутому правому берегу реки и состояла из двух полос с траншеями полного профиля, блиндажами, дзотами и броневыми колпаками. Часть огневых точек располагалась под подбитыми в зимних боях танками. Главная полоса имела глубину 6— 8 километров и прикрывалась минными полями. Высоты и населенные пункты немцы, с присущей им обстоятельностью, превратили в узлы сопротивления, которые опоясывались кольцом сплошных траншей.
Командующий Южным фронтом генерал-полковник Ф.И. Толбухин решал сразу две задачи. На правом крыле фронта 51-я и 5-я ударная армии должны были прорваться к Сталино и встретиться с войсками Малиновского. Левое крыло — 28-я и 44-я армии — нанести удар через Успенскую с поворотом на юг, охватить с севера основные силы таганрогской группировки противника и освободить город Таганрог. После прорыва обороны противника на реке Миус намечалось ввести в сражение второй эшелон фронта — 2-ю гвардейскую армию генерал-лейтенанта Я.Г. Крейзера, которая должна была развивать успех в юго-западном направлении, выйти к Мариуполю и отрезать противнику пути отхода на запад. Господство в воздухе завоевывала 8-я воздушная армия генерал-лейтенанта Т.Т. Хрюкина.
Перед войсками Южного фронта рубеж по реке Миус удерживали 11 дивизий реанимированной по приказу Гитлера 6-й армии «мстителей» под командованием генерала Холлидта. На переднем крае и в глубине было построено много железобетонных и деревоземляных сооружений. Подступы к переднему краю прикрывались несколькими рядами проволочных заграждений и минными полями. В глубине также были созданы оборонительные рубежи, проходившие по рекам.
На втором этапе предполагалось единым фронтом выйти на Днепр.
Общая численность советских войск к началу операции превышала 600 тысяч человек.
На непосредственную подготовку было отведено десять дней. За пять дней до начала противник знал о готовящемся наступлении, направлениях главных ударов, вскрыл советские группировки.
17 июля после мощной полуторачасовой артиллерийской подготовки и ударов авиации почти полмиллиона бойцов и командиров пошли в атаку на вражеские позиции, да так и завязли в главной полосе обороны.