В соответствии с решением были поставлены задачи командирам дивизий и бригад.
3 февраля перешли в наступление передовые батальоны, а после разведки боем начали действовать главные силы. Преодолевая сопротивление и уничтожая части прикрытия, соединения армии за сутки продвинулись до 20 километров.
4 февраля 322-я стрелковая дивизия Терентьева, наступавшая севернее железной дороги Касторное — Курск, овладела населенными пунктами Крюково, Красная Поляна, частью Верхней Ольховатки и перерезала дорогу из Щигры на Косоржа.
Южнее железной дороги действовала 121-я стрелковая дивизия Бушина, она обошла Щигры с юга и развернула бои за южную окраину города. С наступлением темноты части Бушина овладели Щиграми.
141-я стрелковая дивизия Рассадникова вела бой в районе города Тим, обходя его с севера. 104-я стрелковая бригада Гаранина овладела восточной частью города и, не ввязываясь в затяжные бои, начала продвижение на Рождественское.
8-я истребительная бригада Ментюкова, обеспечивавшая стык с 38-й армией, втянулась в бои с прорвавшимися на запад вражескими колоннами. Рядом с ней, восточнее и юго-восточнее Тима, вела бои 240-я стрелковая дивизия 38-й армии.
Поздно вечером 4 февраля позвонил по ВЧ командующий фронтом Голиков. Черняховский подробно доложил об успешном продвижении армии на своем правом фланге и создавшихся затруднениях на левом. К городу Тим прорывались из окружения недобитые немецкие части. На дорогах, по которым вражеские войска отходили на запад, а советские продвигались вперед, разгорались яростные бои.
— Какие у вас намерения? — спросил Голиков.
— Перед правым флангом и центром армии противник продолжает отходить. Видимо, немцы не сумели своевременно подвести достаточных сил для обороны Курска. Нужно немедленно захватывать город.
— Такое же мнение и у нас, — сказал Голиков. — В директиве мы укажем захватить Курск не позднее седьмого февраля. Выполняйте ваше намерение.
Черняховский попросил:
— В моих боевых порядках в районе Щигры действует 132-я стрелковая дивизия Брянского фронта, ее целесообразно подчинить мне.
Голиков обещал оформить передачу 132-й дивизии.
Черняховский вместе с Крыловым и Лащенко спланировали наступательную операцию по захвату Курска. По замыслу командира 132-я и 121-я стрелковые дивизии должны были обойти город с севера и юга, а 322-я стрелковая дивизия и 248-я курсантская стрелковая бригада — нанести удары по северной окраине и центру города и совместными действиями окружить и уничтожить врага.
Одновременно, чтобы обеспечить действия ударной группировки с флангов и не допустить отхода противника из района Курска на север и юг, 280-я стрелковая дивизия Брянского фронта под командованием полковника Д. Н. Голосова должна была выдвинуться на уровень правого фланга армии, а 141-я стрелковая дивизия — перерезать шоссе Курск — Обоянь.