По замыслу Ставки в операции, которая получила кодовое название «Полководец Румянцев», задействовались два фронта — Воронежский Ватутина и Степной генерал-полковника И. С. Конева. Координацию действий двух фронтов было поручено осуществлять представителю Ставки Маршалу Советского Союза Г. К. Жукову. Оба фронта должны были нанести удар смежными крыльями из района северо-западнее Белгорода в общем направлении на Богодухов, Валки, Новая Водолага с целью расколоть Белгородско-Харьковскую группировку противника, а в дальнейшем охватить и разгромить соединения врага в районе Харькова. По нынешним водительским меркам, между Белгородом и Харьковом всего каких-то час-полтора езды. Но тогда, чтобы преодолеть расстояние в 70 километров, потребовалось 16 суток.
Белгородско-Харьковскому направлению Гитлер придавал огромное значение. Не случайно Харьков — вторую столицу Украины — он назвал «ключом от ворот Украины». И это соответствовало истине. В этом районе была создана мощная группировка, в состав которой входили 18 дивизий (из них 4 танковые), а также большое количество отдельных частей и подразделений. Она насчитывала 200 тысяч человек, а вместе с тылами — 300 тысяч, а также 3,5 тысячи орудий и минометов, около 600 танков и 900 самолетов. Кроме того, на этот участок фронта было дополнительно направлено еще 5 танковых, моторизованная и 4 пехотные дивизии. Линия обороны была весьма прочной и состояла из главной и вспомогательной полос обшей глубиной до 18 километров. Главная полоса (6—8 километров) состояла из двух позиций; опорные пункты и узлы сопротивления были соединены между собой ходами сообщения полного профиля. Вторая полоса имела глубину 2—3 километра. Между первой и второй была еще промежуточная позиция. Населенные пункты были превращены в настоящие крепости.
Прорыв немецкой обороны открывал для советских войск путь к Днепру и создавал реальную угрозу тылу и коммуникациям Донбасской группировки противника. Одновременно немецкая промышленность лишалась возможности использовать месторождения угольного бассейна.
Без всякого промедления Николай Федорович приступил к подготовке предстоящей операции, на которую отводилось всего десять дней. Организовать эту операцию было непросто: требовалось нанести мощный удар по основной группировке противника, не обходя ее, а рассекая и уничтожая.
Как и раньше бывало в преддверии операций, Николай Федорович постоянно находился в войсках. Его «виллис» кочевал из одной армии в другую. Командующий хотел видеть всё своими глазами, поэтому часто бывал на переднем крае, встречался не только с командирами, но и солдатами. А по возвращении на свой командный пункт внимательно изучал боевые донесения, оперативные сводки, фотопленки воздушной разведки. С полным напряжением трудились офицеры и генералы управления фронта, штабов армий, корпусов и дивизий. Дни и ночи напролет они сидели над картами, выезжали на местность, делали расчеты, разрабатывали документы, согласно которым шаг за шагом готовилось масштабное наступление.
Опытный военачальник, Ватутин хорошо понимал, что успех операции зависит от многих факторов. Поэтому по его распоряжению к участку прорыва была подтянута мощная артиллерия, сюда же нацелили бомбардировочную авиацию фронта.
Он также придавал важное значение мероприятиям по дезинформации противника. В частности, чтобы ввести немецкое командование в заблуждение относительно действительного направления главного удара, на правом фланге, рядом с городом Суджа, в полосе 38-й армии имитировалось сосредоточение одной танковой и одной общевойсковой армий, а также артиллерии усиления. В этом районе работали радиостанции, которые в непрерывном режиме осуществляли прием и передачу ложных сообщений. Сюда постоянно шли эшелоны, из которых выгружались макеты танков, орудий, пустые ящики из-под мин, снарядов и продовольствия... По проселочным дорогам двигались танки, орудия, автотранспорт, пылила матушка-пехота. А с наступлением ночи все это «хозяйство» возвращалось на восток, чтобы утром вновь прибыть в ложный район сосредоточения.
— Похоже, товарищ командующий, немцы заглотили нашу наживку вместе с крючком, — доложил Ватутину начальник штаба фронта генерал Иванов.
— Есть данные разведки? — спросил командующий.
— Да, Николай Федорович. На Сумском направлении гитлеровцы увеличили количество разведывательных полётов, было несколько бомбардировок железнодорожных станций, макетов танков и орудий. Кроме того, в район города Сумы противник перебросил две дивизии — одну танковую и одну моторизованную...
— Значит, Семен Павлович, не напрасны были наши труды, — не без удовлетворения сказал Ватутин. — Это хорошо. Ротмистрову и Катукову будет легче идти в прорыв.