Замысел советского командования состоял в том, чтобы мощным фронтальным ударом смежных крыльев Воронежского и Степного фронтов прорвать оборону противника на 22-километровом участке северо-западнее Белгорода, затем рассечь вражескую группировку с последующим охватом и разгромом ее в районе Харькова. Одновременно предусматривалось нанести вспомогательный удар из района Готни на Ахтырку, чтобы обеспечить действия главных сил Воронежского фронта с запада, а наступлением правого крыла (57-я армия) Юго-Западного фронта из района Мартовой на Мерефу содействовать Степному фронту в освобождении Харькова.
Привлеченные к операции войска Воронежского и Степного фронтов насчитывали свыше 1,1 миллиона человек, более 12 тысяч орудий и минометов, 2,4 тысячи танков и САУ, 1300 боевых самолетов. Для поддержки войск фронтов были выделены 200 самолетов авиации дальнего действия, часть сил 17-й воздушной армии Юго-Западного фронта и авиации Войск ПВО страны. Советским войскам противостояли немецкие 4-я танковая армия, оперативная группа „Кемпф“ (с 16 августа — 8-я армия) группы армий „Юг“ (генерал-фельдмаршал Э. фон Манштейн) и авиация 4-го воздушного флота, насчитывавшие в общей сложности около 300 тысяч человек, более 3 тысяч орудий и минометов, до 600 танков и штурмовых орудий и свыше 1000 самолетов. Как мы видим, и в этой операции советские войска имели абсолютное превосходство над противником.
Перед началом операции „Полководец Румянцев“ были проведены мероприятия по дезинформации, что позволило привлечь внимание противника к сумскому направлению и обеспечить внезапность ударов советских войск в районе Белгорода. 3 августа после мошной артиллерийской и авиационной подготовки ударные группировки фронтов перешли в наступление. Одновременно партизаны приступили к проведению в тылу врага операции „Рельсовая война“. В тот же день Георгий Константинович докладывал Сталину:
„Сегодня, 3.8.43 войска Чистякова, Жадова, Манагарова, Крюченкина в 5.00 начали контрнаступление, которое проводилось с полным учетом опыта Западного и Брянского фронтов и было построено так: 5 минут огневой налет артиллерии, минометов, „катюш“ и огня пехоты по переднему краю и всей глубине обороны противника. 35 минут контроль прицела и пристрелки орудий тяжелого калибра. 1 час 20 минут методическое подавление, разрушение целей и залпы „катюш“. 20 минут нарастающий до предельного режима артиллерийский и минометный огонь. 45 минут заранее спланированный артогонь по узлам сопротивления в глубине обороны противника. Пехота с танками прорыва и орудиями самоходной артиллерии в атаку была поднята в 7.55, то есть в момент открытия артиллерией нарастающего до предельного режима огня, и, прижимаясь к огневому валу, пехота с танками и орудиями самоходной артиллерии через 20 минут прорвалась на передний край обороны противника. Авиация в течение дня действовала по следующему плану. Первый бомбовый удар был произведен по штабам, узлам и линиям связи для нарушения управления. Второй, третий и четвертый бомбардировочные удары последовательно производились по артиллерийским позициям в глубине обороны, по скоплениям противника и резервам противника. Первый удар штурмовиков произведен в 7.55, то есть в момент подъема пехоты в атаку, и продолжался беспрерывно в течение двух с половиной часов с огневой задачей подавления артиллерии, минометов противника и огневых точек на обратных скатах.
Танковые армии Катукова и Ротмистрова, построенные в боевые порядки на выжидательных позициях, продвигали свои авангардные бригады непосредственно за пехотой, что обеспечило быстрый ввод главных сил танковых армий в прорыв после взлома тактической глубины обороны противника“.
5 августа советские войска освободили Белгород. В этот же день в ознаменование двух побед — освобождения Орла и Белгорода — в Москве прогремел первый за войну артиллерийский салют — 12 залпов из 124 орудий.
6 августа Жуков, командующий Степным фронтом Конев и начальник штаба фронта Захаров направили И. В. Сталину свои предложения по дальнейшему развитию операции „Полководец Румянцев“, которые предусматривали окружение и освобождение Харькова. Вечером того же дня пришла ответная директива:
„Директива Ставки ВГК № 30 160 представителям Ставки (Г.К.Жукову и А.М.Василевскому. — В.Д.) о задачах и координации действий фронтов в ходе Белгородско-Харьковской и Донбасской наступательных операций
6 августа 1943 г. 24 ч 00 мин
Представленный тов. Юрьевым (псевдоним Г.К.Жукова. — В.Д.) план операции „Румянцев“ Ставка Верховного Главнокомандования утверждает и одновременно указывает:
1. 57-ю армию Гагена с 24.00 8 августа передать из состава Юго-Западного фронта в состав войск Степного фронта с задачей ударом в обход Харькова с юга содействовать главной группировке Степного фронта в овладении Харьковом. Разгранлинией между Степным и Юго-Западным фронтами установить левую границу 57-й армии.