Ввиду того что Центральный фронт естественным образом выбывал из активных бойцов грядущей битвы, мощные удары должны были наносить войска Западного и Брянского фронтов. Брянский фронт должен был ударить по «макушке» выступа, рассекая его надвое. Точнее будет сказать, что войска Брянского фронта должны были нанести два охватывающих удара. Первый — из района Новосиль, охватывая Орел с юга. Второй — из района северо-восточнее Болхова в общем направлении на Болхов с целью совместно с войсками Западного фронта ликвидировать болховскую группировку противника, а затем наступать на Орел с севера.
Войска левого крыла Западного фронта должны были прорвать оборону противника на северном фасе Орловской дуги, юго-западнее Козельска. После прорыва в глубь обороны противника ударная группировка фронта разделялась для наступления на двух расходящихся направлениях. Фактически она должна была решать две разнонаправленные задачи. Первой задачей был разгром совместно с войсками правого крыла Брянского фронта болховской группировки немцев. Второй задачей было наступление в общем направлении на Хотынец — узел шоссейных дорог и железнодорожная станция на железной дороге Орел — Брянск. Тем самым перехватывалась основная линия снабжения немецких войск в районе Орла. Решение наступать одновременно на Болхов и на Хотынец кажется спорным сегодня и казалось спорным тогда, в 1943 г. Тем не менее сами немцы называли Болхов «ключом к Орлу». Захват этого крупного узла дорог существенно облегчал развитие наступления в тыл орловской группировке немцев. В итоге по плану операции «Кутузов» войска Западного фронта должны были разгромить части противника, прикрывавшие Орел с севера, северо-запада, и, глубоко охватив орловскую группировку врага с запада, совместно с войсками Брянского фронта уничтожить ее. Ввиду разнообразия поставленных задач ударная группировка Западного фронта была самой многочисленной.
Кроме того, предусматривалось, что войска правого крыла Центрального фронта после ликвидации попытки противника прорваться к Курску с севера перейдут в наступление в общем направлении на Кромы. Таким образом, Центральный фронт все же получил наступательную задачу. Без его участия срезание Орловской дуги было бы невозможным.
Для реализации плана этого большого наступления было решено создать четыре ударные группировки различной силы и численности: одну — на левом крыле Западного фронта — на участке 11-й гвардейской армии, в районе юго-западнее Козельска; другую — на участке 61-й армии Брянского фронта — в районе северо-восточнее Волхова, и третью — на стыке 3-й и 63-й армий в районе Новосиль. В качестве четвертой ударной группировки должны были действовать войска правого крыла Центрального фронта. С воздуха операция обеспечивалась тремя воздушными армиями (1-й, 15-й и 16-й), а также авиацией дальнего действия.
Следует подчеркнуть, что по первоначальному плану операция «Кутузов» должна была завершиться в рекордно короткие сроки — 4–5 суток. Это позволяло добиться решительного результата до того, как противником будут введены в бой подвижные соединения из 9-й армии, задействованные в наступлении по плану «Цитадель». Любое промедление означало усиление обороны орловского выступа за счет демонтажа ударной группировки немецкой 9-й армии.
Несмотря на долгую проработку плана операции, у советского командования еще оставались сомнения относительно правильности принятых решений. В первую очередь они касались направления, на котором следовало использовать 3-ю гвардейскую танковую армию П.С. Рыбалко. Незадолго до начала операции между начальником штаба Брянского фронта Л.М. Сандаловым и начальником автобронетанкового управления Красной армии состоялся разговор следующего содержания: