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.