Удар на Харьков, Полтаву, Киев был, по мнению Генерального штаба, наиболее перспективным. Выход Красной Армии к столице Украины — важному экономическому центру страны — давал большие стратегические результаты. При этом достигалось всё, что сулило наступление в направлении Днепропетровска, и вдобавок еще расчленялся фронт противника (особенно в случае выхода советских войск к Карпатам), затруднялось взаимодействие между важнейшими его группировками. Из района Киева в равной степени можно было угрожать флангам и тылу как группы армий “Юг”, так (что особенно важно!) и правому крылу группы армий “Центр”. Наконец, при таком варианте мы приобретали выгодное положение для последующих действий. Он и был принят».
Надо сказать, Николай Федорович спокойно воспринял решение об отклонении его плана операции. Новый вариант был действительно перспективнее. Но всё это — дело будущего. Пока же войска Ватутина продолжали старательно совершенствовать свои оборонительные рубежи и одновременно готовиться к наступлению. Противник тоже.
Работа кипела. Строительство обороны на Воронежском фронте осуществлялось в строгом соответствии с Инструкцией по рекогносцировке и строительству полевых оборонительных рубежей от 27 апреля 1943 года, утвержденной начальником Генерального штаба РККА Маршалом Советского Союза А. М. Василевским, и с учётом опыта предыдущих операций. Основой инженерного оборудования местности была широко развитая система траншей и ходов сообщения. В среднем каждая дивизия, оборонявшаяся в главной полосе, имела до 70—80 километров траншей и ходов сообщения, по 6—7 дзотов на каждый километр фронта. На главных направлениях отрывались противотанковые рвы, все берега рек и оврагов были эскарпированы. В лесах и рощах устраивались завалы, усиленные фугасами. Впервые за годы войны была создана восьмиполосная оборона глубиной до 300 километров. За три месяца, начиная с апреля и вплоть до начала Курской битвы, было отрыто 4200 километров траншей и ходов сообщения. Генерал Чистяков вспоминал: «Когда уже в конце июня мне позвонил командующий фронтом Н. Ф. Ватутин и спросил: “Ну как, закончили работу?” — я мог только ответить: “Конца-краю нет, роем, как кроты, день и ночь...”».
По признанию немецких генералов, советские войска превратили Курский выступ в сильнейшую крепость мира. А в послевоенное время один из историков подсчитал, что до начала Курской битвы было вырыто почти 10 млн метров траншей и ходов сообщения. Вытянутые в одну линию, они оставили бы глубокую канаву, по которой человек мог бы пройти от Атлантического до Тихого океана. Причем все эти миллионы метров траншей и ходов сообщения, спасшие впоследствии тысячи солдатских жизней, были отрыты единственными тогда инструментами — лопатами, кирками, ломами. Траншеекопатели, хотя и стояли на вооружении, но их в войсках практически никто не видел. И ещё была одна сложность: на передовых позициях бойцам приходилось копать траншеи в целях маскировки только в тёмное время суток.
Особое внимание обращалось на организацию противотанковой и противовоздушной обороны, на строительство батальонных узлов и ротных районов обороны, на максимальное использование условий местности и организацию плотного огня перед передним краем и в глубине обороны.
Например, противотанковая оборона создавалась на танкоопасных направлениях по рубежам, эшелонированным на всю глубину армейской обороны. Основой этой обороны являлись противотанковые опорные пункты. Средняя плотность противотанковых средств в дивизиях составляла 11 орудий и до 10 противотанковых ружей на один километр фронта. Кроме того, на протяжении всей полосы фронта саперы установили почти 292 тысячи противотанковых и 306 тысяч противопехотных мин, 20 тысяч фугасов, 593 километра проволочных заграждений и почти 500 километров противотанковых невзрывных заграждений.
Что касается противовоздушной обороны, то главную группировку войск от ударов врага прикрывали артиллерийские дивизии и 2-я воздушная армия. Непосредственно для борьбы с авиацией и десантами фашистов было приспособлено свыше 50% ручных и станковых пулемётов, а также противотанковых ружей.
Также по приказу Ватутина в войсках фронта был принят комплекс специальных мер для введения противника в заблуждение относительно глубины обороны, количества развернутых сил и средств, районов сосредоточения бронетанковых соединений, расположения авиационных баз и аэродромов. Эти мероприятия включали в себя организацию ложных перемещений войск, подготовку фиктивных позиций, зон скопления боевой техники с использованием макетов танков, орудий, самолётов.