главный удар Воронежского фронта нанести силами 6, 5 гв.А, 1 ТА, 5 гв.ТА с рубежа шириной 24 км вост. Бутово в направлении на Золочев—Валки, разгромить противостоящую группировку и развивать наступление в обход г. Харьков с запада; другой удар нанести силами 40 и 27А в полосе 6 км в направлении на юго-восток, на Головчино и частью сил — на юг, на Дорогощ, обеспечивая наступление на главном направлении с запада, 38А активизировать действия, связать противника сражением и исключить маневр его силами на главное направление; при подготовке операции осуществить демонстративные действия, имитируя подготовку нанесения главного удара фронта в полосе 38А с рубежа в районе г. Сумы; прорыв тактической зоны обороны осуществить силами общевойсковых армий в первый день операции, после чего ввести в чистый прорыв основные силы 1 ТА и 5 гв.ТА для стремительного развития наступления в оперативной глубине построения обороны противника;
главный удар Степного фронта нанести силами 53А с ск 69А с рубежа шириной 11 км сев. г. Белгород на юг, во взаимодействии с 7 гв.А охватить и разгромить войска противника в районе Белгорода, в дальнейшем развивать наступление на Харьков;
57А Юго-Западного фронта одновременно перейти в наступление, нанося удар в направлении Мартовая—Мерефа для охвата Харькова с юго-востока и содействия войскам Степного фронта в наступлении.
Замысел операции был разработан, исходя из необходимости максимального сокращения времени на ее подготовку, исключения сложных перегруппировок войск. Глубина операции на направлении главного удара планировалась до 120 км, продолжительность 10—12 суток.
К исходу 2 августа подготовка войск к операции была завершена, ударные группировки заняли исходное положение для перехода в наступление.
Ведение операции (3—23 августа 1943 г.)
3 августа после трехчасовой огневой подготовки, в которой участвовала артиллерия (до 100—230 орудий и минометов на 1 км фронта) и авиация 2 и 5 ВА, войска Воронежского и Степного фронтов перешли в наступление на главном направлении. В 13 часов, после того как стрелковые дивизии первого эшелона 5 гв.А вклинились в главную полосу обороны противника, передовые бригады 1 ТА и 5 гв.ТА были введены в сражение для завершения прорыва тактической зоны обороны противника.
К исходу 3 августа тактическая зона обороны противника была прорвана и танковые войска Воронежского фронта, развивая успех, продвинулись на 26 км. Войска 53А и правого фланга 69А продвинулись на 7—8 км. 4 августа продолжалось развитие наступления в южном направлении.
Утром 5 августа 27А и ударная группировка 40А перешли в наступление и к исходу дня продвинулись на 8—20 км.
К исходу 5 августа 6 гв.А овладела укрепленным оборонительным узлом Томаровка. 53А одновременно продвинулась и охватила Белгород с юго-запада, а 69А с правофланговыми соединениями 7 гв.А штурмом овладела г. Белгород. Танковые войска Воронежского фронта продвинулись на направлении главного удара на 40 км. Прорыв обороны противника был расширен до 90 км.
Противник был вынужден вернуть на белгородско-харьковское направление танковые дивизии, переброшенные им ранее на изюмско-барвенковское направление против вклинившихся войск Юго-Западного и Южного фронтов (тд «Рейх», «Мертвая голова», «Викинг», 3 тд), моторизованную дивизию «Великая Германия» с орловского направления. Противодействие этому маневру войсками осуществлялось силами фронтовой авиации Воронежского и Степного фронтов, 17 ВА Юго-Западного и 8 ВА Южного фронтов, авиации дальнего действия.
К исходу 7 августа 1 ТА овладела г. Богодухов, продвинувшись на 100 км и оторвавшись на 25—40 км от стрелковых дивизий, которые продолжали вести бои за сильные узлы сопротивления Борисовка, Головчино, Грайворон. Одновременно 5 гв.ТА, продвинувшись на 80 км, овладела узлами сопротивления Золочев и Казачья Лопань. 40 и 27А продвинулись на 25—30 км до рубежа Краснополье—Ямное; 53, 69А, 7 гв.А — до рубежа Казачья Лопань—Микояновка—Никольское. Прорыв был расширен до 120 км, группировка войск противника разрезана на две части.
К исходу 11 августа войска Воронежского фронта, развивая наступление на запад и юго-запад, вышли на рубеж Боромля—Ахтырка—Котельва—Высокоголье—Валки—18 км сев. г. Харьков, а войска Степного фронта, в состав которого с 8 августа была введена 57А Юго-Западного фронта, — 18 км сев. г. Харьков—Чугуев.
С 11 по 17 августа в районе южн. г. Богодухов развернулись ожесточенные бои войск 1 ТА с 3 танковыми дивизиями СС «Рейх», «Мертвая голова» и «Викинг». Германское командование стремилось на этом направлении прорвать фронт наших войск и выйти в тыл ударной группировки Воронежского фронта. Однако противнику удалось только оттеснить наши войска на 20 км к северу. 17 августа противник вынужден был перейти к обороне по рубежу 10—12 км южн. г. Богодухов. Правое крыло Воронежского фронта в период 12—17 августа существенного продвижения не имело.