В июле 1943 г. в период Курской битвы Баграмян подготовил успешную наступательную операцию 16-й армии в составе войск Брянского фронта. В ходе совещания в ставке ВГК Баграмян выступил со своими предложениями по проведению Орловской операции, состоявшими в том, чтобы прежде всего ударом смежных армий (11-й гвардейской и 61-й) окружить и уничтожить по сходящимся направлениям болховскую группировку противника. Такие действия, по его мнению, привели бы к потере оперативной устойчивости всей орловской группировки и создали бы благоприятные условия для дальнейшего продвижения на юг, во фланг и тыл врага. Для этого Баграмян просил подчинить командованию 11-й гвардейской все силы, которые должны наступать с жиздринского плацдарма. И. В. Сталин поддержал предложения: «А ведь Баграмян дело говорит. И, по-моему, с его предложением нужно согласиться. Что же касается заботы командарма о более благоприятных условиях для выполнения задачи, то это похвально. Ведь на него же ляжет вся ответственность в случае неудачи».
«Прорыв обороны противника осуществлялся на сравнительно узких участках фронта, на которых смело массировались силы и средства, что обеспечивало численное и материальное превосходство над войсками врага, — вспоминал Маршал Советского Союза И. С. Конев. — Достаточно, например, отметить, что командующий 11-й гвардейской армией Западного фронта генерал И. X. Баграмян на участке прорыва, составлявшем около 40 % общего фронта наступления армии, сосредоточил 92 % стрелковых дивизий и все средства усиления».
Фланговый удар армии Баграмяна оказался неожиданным для противника. За два первых дня операции ее войска продвинулись более чем на 25 км на юг, оказав серьезное содействие войскам Центрального фронта. За участие в разработке и проведении Орловской операции Иван Христофорович получил заслуженную награду — орден Суворова I степени — и был повышен в звании до генерал-полковника.
Из письма жене 1943 г.: «Почетное звание гвардейцев мы не только не омрачили чем-либо, но покрыли новой славой и высокими боевыми подвигами. Эти дела настолько славны, что от всей души, неудержимо хочется крикнуть во весь голос: «Слава, слава гвардейцам за достойную победу!»
Из воспоминаний дочери Маргариты Ивановны Баграмян: «В 1943 г., когда отец командовал 11-й гвардейской армией, в деревне Кочуково Калужской области солдаты нашли одиннадцатилетнего мальчика Афоню Фирсова. Выяснилось, что он убежал из дому, надеясь попасть в одну из частей Красной Армии. Привели мальчика в штаб армии, где и произошла его первая встреча с папой. Афоня очень ему понравился, и он распорядился оставить его при штабе.
Через некоторое время папа направил мальчика учиться в Калининское суворовское училище. Он проявлял поистине отеческую заботу о мальчике, интересовался его успехами в учебе… Впоследствии Афанасий Петрович стал полковником-инженером и очень дружил с нашей семьей, считая папу своим вторым отцом, а меня своей сестрой».
В конце 1943 г. И. X. Баграмян был вызван в Москву и назначен командующим войсками 1-ого Прибалтийского фронта с присвоением звания генерала армии. «Успешно проведенная вами операция в районе Орла и Брянска, — сказал Сталин, — убеждают в том, что новый пост будет вам по плечу».