47А (сд-4) и 4 гв. А (сд-5) выдвигались из состава Степного фронта в резерв Ставки ВГК для последующей передачи в состав Воронежского фронта и развития наступления.
Всего к 3 августа в войсках группировки насчитывалось 54 стрелковые дивизии, 8 танковых корпусов, 3 механизированных корпуса, 22 танковых и самоходных артиллерийских полков и бригад.
Численность боевых войск составляла: личный состав — более 720 тыс. человек, танки и САУ — 2670, орудия и минометы — 13 000, самолеты фронтовой авиации — 1300 и самолеты авиации дальнего действия — 200.
Соотношение сил было в пользу советских войск: по численности личного состава — более чем в 3 раза, по танкам и САУ — в 4 раза, по орудиям и минометам — в 3,7 раза, по боевым самолетам — в 1,5 раза.
Замыслом операции предусматривалось:
ударом объединений смежных флангов Воронежского и Степного фронтов из района сев. — зап. г. Белгород в общем направлении на юго-запад, на Богодухов, в дальнейшем на Валки — Нов. Водолага в обход г. Харьков с запада и юго-запада рассечь группировку противника на две части, охватить ее основную часть в районе Харькова и нанести решительное поражение;
главный удар Воронежского фронта нанести силами 6, 5 гв. А, 1 ТА, 5 гв. ТА с рубежа шириной 24 км вост. Бутово в направлении на Золочев — Валки, разгромить противостоящую группировку и развивать наступление в обход г. Харьков с запада; другой удар нанести силами 40 и 27А в полосе 6 км в направлении на юго-восток, на Головчино и частью сил — на юг, на Дорогощ, обеспечивая наступление на главном направлении с запада, 38А активизировать действия, связать противника сражением и исключить маневр его силами на главное направление; при подготовке операции осуществить демонстративные действия, имитируя подготовку нанесения главного удара фронта в полосе 38А с рубежа в районе г. Сумы; прорыв тактической зоны обороны осуществить силами общевойсковых армий в первый день операции, после чего ввести в чистый прорыв основные силы 1 ТА и 5 гв. ТА для стремительного развития наступления в оперативной глубине построения обороны противника;
главный удар Степного фронта нанести силами 53А с ск 69А с рубежа шириной 11 км сев. г. Белгород на юг, во взаимодействии с 7 гв. А охватить и разгромить войска противника в районе Белгорода, в дальнейшем развивать наступление на Харьков;
57А Юго-Западного фронта одновременно перейти в наступление, нанося удар в направлении Мартовая — Мерефа для охвата Харькова с юго-востока и содействия войскам Степного фронта в наступлении.
Замысел операции был разработан, исходя из необходимости максимального сокращения времени на ее подготовку, исключения сложных перегруппировок войск. Глубина операции на направлении главного удара планировалась до 120 км, продолжительность 10–12 суток.