Первого августа неподалеку от Прохоровки, в селе Береговом, где располагался командный пункт 5-й гвардейской танковой армии, представитель Ставки маршал Жуков и командующий Воронежским фронтом генерал армии Ватутин провели совещание с командующими армиями и командирами корпусов. На нем шла речь о готовности войск фронта к проведению Белгородско-Харьковской операции. Совещание было коротким. Заслушав доклады командармов и комкоров, Жуков проинформировал собравшихся о замысле операции.
— Ставка Верховного главнокомандования, — сказал Георгий Константинович, — приняла решение нанести по группировке гитлеровцев удар войсками смежных флангов Воронежского и Степного фронтов из района юго-западнее Белгорода в общем направлении на Богодухов, Валки с целью рассечь немецко-фашистские войска на две части, а затем разгромить главные силы противника в районе Харькова.
Выступление Николая Федоровича было посвящено деталям операции. Используя карту, он изложил задачу Воронежскому фронту.
— Наша задача, — сказал Ватутин, — ударом 5-й и 6-й гвардейских общевойсковых армий прорвать оборону противника и вводом в прорыв фронтовой подвижной группы в составе 1-й и 5-й гвардейских танковых армий в высоких темпах развить наступление в общем направлении на Золочев, Валки в обход Харькова с запада...
Операция началась утром 3 августа с мощной артиллерийской и авиационной подготовки. Затем вперёд пошли 5-я и 6-я гвардейские армии. К 13 часам их части продвинулись на 4—5 километров. Для наращивания удара Ватутин одновременно ввел в сражение соединения первого эшелона двух танковых армий, корпуса которых завершили прорыв тактической обороны гитлеровцев и, продвигаясь к югу, вскоре разобщили Томаровcкий и Белгородский узлы сопротивления. Войска фронта наступали быстро и решительно. В результате армии фронта только за один день продвинулись вперед на 30 километров. Наступая на одном оперативном направлении, 1-я и 5-я гвардейские танковые армии чем-то напоминали острый бронированный меч, наносящий глубокий рассекающий удар.
По оценке военных экспертов, это был первый случай в Великой Отечественной войне, когда для развития успеха в качестве подвижной группы фронта одновременно были задействованы две танковые армии.
Командующий 1-й танковой армией генерал-лейтенант М. Е. Катуков в своих мемуарах «На острие главного удара» писал: «В памяти моей запечатлелось грандиозное движение советских танков, вошедших в прорыв. Мы шли по правой стороне пятикилометрового коридора двумя корпусными колоннами. Слева таким же порядком двигалась 5-я гвардейская армия. Нас прикрывала с воздуха эскадрилья “Яков”. Между колоннами сохранялась зрительная связь. За всю войну еще никто из нас не видел такого скопления советских танков на столь узком участке фронта.
Пройдя коридор прорыва, корпуса развернулись и вступили в бой с гитлеровцами... 1-я танковая армия получила задачу: развивая успех соединений 5-й гвардейской, наступать в общем направлении на Томаровка — Богодухов — Валки, перерезать пути отхода противника на юго-запад.
Наступление развивалось успешно. В первый же день наши соединения продвинулись на 15—30 километров и отсекли Белгородскую группировку врага от Томаровской».
У Ватутина было хорошее настроение: задача первого дня, очень трудного и ответственного, была успешно выполнена. Главное, считал Николай Федорович, не останавливаться, продолжать двигаться вперёд. Эти слова услышали от него и командармы, от которых он принимал доклады в режиме реального времени.
Второй день начался ожесточенными контратаками противника, но они были подавлены, и войска фронта продолжали активно наступать. 4 августа подвижная группа фронта прошла с боями 50 километров.
На рассвете 5 августа в центре полосы фронта перешли в наступление 27-я и 40-я армии. Они прорвали оборону на глубину от 8 до 20 километров. Прорыв обороны противника расширился еще на 26 километров. 6-я гвардейская армия овладела крупным узлом Томаровкой, а войска Степного фронта освободили от захватчиков Белгород. В честь этих побед в Москве прогремели залпы первого салюта Великой Отечественной войны. К слову, идея подобным образом славить войска принадлежала Сталину: в присутствии военачальников он якобы сказал, что в прежние времена, когда русские войска одерживали виктории, звонили в колокола во всех церквях, поэтому и мы должны отмечать победы Красной армии.