Замыслом операции «Кутузов» предусматривалось четырьмя ударами по сходящимся направлениям на Орел с севера, востока и юга расчленить группировку противника и разгромить ее по частям. При этом 50-я и 11-я гвардейская армии Западного фронта должны были прорвать оборону врага юго-западнее Козельска, совместно с 61-й армией Брянского фронта окружить и уничтожить его группировку в районе Болхова. В последующем намечалось развивать наступление на Хотынец, не допустить отхода противника из района Орла на запад и во взаимодействии с войсками Брянского и Центрального фронтов уничтожить его. С воздуха действия ударной группировки поддерживали соединения 1-й воздушной армии. Войска 3-й и 63-й армий Брянского фронта наносили удар из района Новосиля на Орел, охватывая противника с севера и юга. Авиационную поддержку осуществляли соединения 15-й воздушной армии.
К. К. Рокоссовский, оценивая замысел Орловской операции, отмечал, что он сводился к раздроблению орловской группировки на части, но рассредоточивал и наши войска.
Действительно, противник на Орловском выступе серьезно готовился к отражению наступления советских войск. Командующий 9-й армией генерал-полковник Модель принял активные меры для того, чтобы усовершенствовать оборону. Он дополнил построенные здесь ранее оборонительные сооружения, создав глубокоэшелонированную оборону с развитой системой полевых укреплений, инженерных и минных заграждений. Минные поля были не только перед передним краем, но и в глубине обороны, причем противотанковые мины чередовались с противопехотными. Главная полоса состояла из сильно укрепленных опорных пунктов и узлов сопротивления, приспособленных к круговой обороне и соединенных между собой сплошной, хорошо развитой системой траншей и ходов сообщения. Глубина ее достигала 5–7 км, а на наиболее важных направлениях – 9 км. Большинство населенных пунктов, расположенных на переднем крае, в узлах дорог и в районах переправ, было подготовлено для прочной круговой обороны. Города Орел, Болхов, Мценск, Хотынец, Карачев, Кромы были превращены в мощные узлы сопротивления. В глубине обороны заблаговременно было построено большое количество промежуточных тыловых рубежей, отсечных позиций. Умело построенные Моделем оборонительные линии создали серьезные препятствия для продвижения ослабленных боями советских войск.