В соответствии с этим планом войска Воронежского и Степного фронтов наносили из района Белгорода удар смежными флангами в общем направлении Богодухов — Валки — Нов. Водолага в обход Харькова с запада. С выходом войск в район Харькова переходил в наступление Юго-Западный фронт, 57-я армия которого наносила удар в обход Харькова с юго-запада. После решения этой задачи открывалась возможность продвижения к Днепру и выхода в тыл донбасской группировки противника. Координировал действия фронтов представитель Ставки Жуков. На подготовку операции отводилось чуть больше недели.
Понятно, что в условиях только что закончившегося оборонительного сражения, когда войска понесли значительные потери, несколько расстроилась работа тыла, поэтому готовить операцию в столь сжатые сроки было чрезвычайно трудно. Но Николай Федорович не замечал трудностей. Снова бегал по фронтовым дорогам его юркий «виллис», снова видели его на станциях выгрузки пополнения и боевой техники. И вновь вечерами он засиживался за картой. В этой операции Ватутин решил применить несколько новинок. Одна из них — проведение масштабных маскирующих и дезинформационных мероприятий. И чтобы отвлечь противника от направления главного удара, командующий приказал имитировать развертывание общевойсковой и танковой армий. Ночами шумели трактора, строились ложные склады, аэродромы. Надо сказать, что это себя оправдало. Уже после начала наступления Воронежского фронта в направлении Богодухов и Валки немцы еще держали на суджанском направлении, где имитировалась концентрация сил, значительные резервы.
1 августа Ватутин докладывал Жукову решение на наступательную операцию Воронежского фронта:
— Главный удар буду наносить силами 5-й и 6-й гвардейских армий, которые наступают в первом эшелоне в общем направлении на Валки и Нов. Водолагу. После того как общевойсковые армии прорвут оборону, ввожу в прорыв 5-ю гвардейскую и 1-ю танковые армии. Плотность артиллерии на участке прорыва общевойсковых армий — 230 орудий и минометов на километр фронта, танков — до 70 машин. Полоса прорыва для дивизии составляет 3 километра. Одновременно на правом фланге переходят в наступление 40-я и 38-я армии при поддержке 10, 4, 5-го гвардейских танковых корпусов в направлении на Грайворон и далее на Тростянец и Ахтырку.
— Ну что ж, Николай Федорович, буду поддерживать твое решение в Ставке. Особенно впечатляет ввод сразу двух танковых армий. Не много ли?
— Никак нет. Я все вспоминаю Манштейна и как он потерял темп. Группировка у немцев серьезная, в общей сложности 18 дивизий, в том числе 4 танковые, двухполосная система обороны. Задержка на передовых рубежах отрицательно скажется и на действиях Степного фронта. Ему практически сразу надо решать задачу по взятию Белгорода. Если мой прорыв будет удачен, немцам придется думать уже не о Белгороде, а о Харькове.
— Хорошо, будем докладывать в Ставку.
Утром 3 августа после мощнейшей огневой подготовки пехота 5-й и 6-й гвардейских армий поднялась в атаку. Эффект от огневого налета был настолько силен, что уже к 13 часам войска 5-й гвардейской армии продвинулись на 5 километров, прорвав первую полосу обороны противника. Сразу же Ватутин ввел в бой две танковые армии. Это была его вторая новинка. Удар их был настолько силен и стремителен, что к исходу дня танкисты Катукова и Ротмистрова продвинулись на 30—35 километров, завершив тем самым разгром тактической обороны врага.
Один из героев прорыва командующий 1-й танковой армией М.Е. Катуков вспоминал: «Во вражеской обороне образовался коридор, в который и были введены войска двух танковых армий — 1-й и 5-й гвардейской. 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 прикрывали с воздуха эскадрильи «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».
Развернулись, да так, что только 4 августа мобильная группа фронта прошла с боями 50 километров.
В сорок пятом году суточный темп наступления будет доходить и до 70 километров, но в сорок третьем такой темп можно назвать фантастическим. Рисковал ли Ватутин? Конечно, рисковал. И тогда и сейчас бытует мнение, что Ватутин зарывался при проведении наступательных операций. Думается, это не совсем верно. Во-первых, кому-то надо было рисковать. Во-вторых, так называемая поспешность Ватутина почти всегда поощрялась Ставкой, исходила из ее требований.