На новом направлении главного удара Ватутину удалось создать мощный кулак сил и средств. На участке шириной в 14 километров, что составляло 4% общей ширины полосы наступления фронта, была сосредоточена ударная группировка, превосходившая противника в 4,6 раза по артиллерийским орудиям и миномётам и в 9 раз по танкам.
Но как бы скрытно ни проводились мероприятия, немцы всё равно чувствовали что-то неладное. Их командование нисколько не сомневалось в том, что русские в ближайшее время вновь возобновят наступление на Киев. Где и когда это случится, немцы не знали, поэтому активизировали все виды разведки.
— Манштейн сейчас, должно быть, рвёт и мечет, требует точных данных о наших войсках, о сосредоточении ударных группировок, — справедливо заметил на одном из совещаний Николай Федорович. — Поэтому будем продолжать вести начатую с ним игру. Манштейн — хитрая лиса, но мы должны его обмануть...
По распоряжению командующего в целях оперативной маскировки было подготовлено несколько экземпляров ложного приказа по войскам фронта. Тут же разведотдел позаботился о том, чтобы эти и другие «документы» обязательно попали в руки немцев. Кроме того, среди местного населения распустили слухи о скором наступлении русских.
Ход подготовки к операции скрупулезно контролировал представитель Ставки маршал Жуков. 30 октября, накануне грядущих событий, Юрьев (кодовое имя Г. К. Жукова) направил Иванову (кодовое имя И. В. Сталина) следующее секретное сообщение:
«Ещё раз проверил план операции армий Николаева [Ватутина. —
Накануне операции Николай Федорович, ставя боевые задачи командующим армиями, командирам корпусов и бригад, особенно подчеркнул необходимость внезапности и стремительности танкового удара с Лютежского плацдарма.
— Быстрота и решительность при прорыве вражеской обороны — вот залог нашего успеха, — сказал он. — Если не сможем этого сделать, враг успеет перебросить сюда свои войска из-под Букрина. Тогда нам наступать будет гораздо труднее.
Как и планировалось, 1 ноября с Букринского плацдарма началось отвлекающее наступление советских войск. Оставшиеся здесь части и соединения атаковали позиции противника. В течение первого дня они овладели передовыми траншеями противника, но дальше продвигаться не стали. 2 ноября бои разыгрались с новой силой. Немецкое командование, уверенное в том, что русские наносят здесь главный удар, срочно выдвинуло под Букрин свои резервы, в том числе 2-ю танковую дивизию СС «Рейх». Это и надо было советскому командованию.
Николай Федорович как раз находился на этом участке фронта. Прильнув к стереотрубе, он наблюдал за очередной атакой противника. Впереди ползли тяжёлые «Тигры» с десантом на броне. Следом за ними двигались бронетранспортёры с пехотой. Фланги прикрывали неповоротливые «Фердинанды». Но, как только танки приближались к советским позициям, их встречал прицельный огонь артиллерии.
В самый разгар боёв под Букрином, а именно 3 ноября, от Ватутина поступил приказ войскам «тихого» Лютежского плацдарма о начале реального наступления на Киев. Одновременно Николай Федорович дал командному составу частей и соединений следующие указания: «Успешное выполнение задач зависит в первую очередь от стремительности, смелости и решительности ваших действий. Ваша цель — в самый кратчайший срок выполнить поставленные вам задачи, для чего, не боясь оторваться от пехоты, стремительно двигаться вперёд, смело уничтожать отдельные очаги противника, навести панику среди его войск. Стремительно преследовать их, с тем чтобы к утру 5 ноября нам занять Киев. Командирам всех степеней быть со своими частями и лично вести их для выполнения задачи».
После массированной артиллерийской подготовки — плотность артиллерии на участке прорыва превышала 300 стволов на километр фронта — передовые части 38-й армии генерал-лейтенанта Москаленко и 60-й армии генерал-лейтенанта Черняховского устремились вперёд. Большую помощь сухопутным войскам оказала 2-я воздушная армия генерал-лейтенанта авиации Красовского. Накануне, в ночь на 3 ноября, ночные лёгкие бомбардировщики совершили более двухсот вылетов, нанося удары по позициям противника. А после начала операции авиация действовала непрерывно. Только в первый день советские лётчики сбили 31 немецкий самолёт.
Развивая наступление, 38-я армия генерал-лейтенанта Москаленко и 60-я армия генерал-лейтенанта Черняховского всё больше вгрызались в сильно укрепленную оборону противника. Завязались ожесточенные бои. Немцы стояли прочной стеной. Люфтваффе группами по 40 самолётов совершали постоянные налёты на наступавшие войска.