Командующие Степным и Воронежским фронтами распорядились переданными им свежими армиями по-своему. Конев поставил 53-ю армию И. М. Манагарова в первую линию, она должна была наносить главный удар. Ватутин решил переданный ему резерв Ставки ВГК использовать необычным образом. Насыщать войсками направление главного удара он счел нецелесообразным. Там и так были две танковые армии. Поэтому 27-я армия (66 тыс. человек) получила необычную задачу. Она должна была перейти в наступление вместе с 40-й армией несколько западнее основной ударной группировки Воронежского фронта. Удар нацеливался на юго-восток, к Грайворону и Ахтырке. Это было сделано в соответствии с тонким расчетом на перспективу.
Ватутин был опытным советским военачальником. Он понимал, что по мере углубления в построение группы армий «Юг» на его войска обрушится град фланговых контрударов. Оборонительное сражение показало трудности прямых столкновений с новой немецкой бронетехникой. Контрудары немцев могли привести к повторению харьковской драмы марта 1943 г., поставившей точку в развитии успехов Сталинграда. Дополнительная ударная группировка была призвана решить эту проблему, причем в двух вариантах. Если бы немцы атаковали во фланг идущие в обход Харькова советские танковые армии, они сами бы оказались под ударом со стороны наступающих 40-й и 27-й армий. Если же немецкий удар был бы нанесен западнее, под основание прорыва, то 40-я и 27-я армии поглотили бы его в обороне, сохранив в целости главные силы фронта. Следует отметить, что вспомогательная ударная группировка Воронежского фронта получила сильный танковый кулак — три танковых корпуса. Для сравнения, в танковых армиях Ватутина было по два танковых и одному механизированному корпусу. В расчете на танки в составе трех корпусов вспомогательной ударной группировки было 420 боеготовых танков. Соответственно в 1-й танковой армии — 450 танков. Как мы видим, танковый кулак вспомогательного удара 40-й и 27-й армий был ненамного слабее танковой армии, хотя и не имел соответствующего штаба.
Однако даже такая предусмотрительность не гарантировала от неожиданностей. Поэтому еще один переданный Ватутину резерв, 47-я армия (60 тыс. человек) к началу операции еще оставалась в тылу. Она могла быть использована как для парирования кризисов на направлении главного удара, так и для развития наступления.
В целом же не вызывает сомнений то, что главным игроком нового наступления должны были стать войска Ватутина. Боевые части Воронежского фронта насчитывали 524 тыс. человек и 2171 танк, Степного фронта — 198 тыс. человек и 501 танк. Потрепанные в оборонительных боях 1-я и 5-я гвардейская танковые армии получили пополнение танками и САУ. Средняя укомплектованность стрелковых дивизий Воронежского фронта составляла к началу операции 7180 человек, Степного фронта — 6070 человек. Такой высокий показатель был следствием усиления резервами. Свежая 27-я армия имела среднюю численность стрелковой дивизии 7600 человек. Потрепанные боями армии выглядели куда хуже, дивизии 5-й и 6-й гвардейских армий насчитывали в среднем по 5700–5800 человек. Штатная численность советской стрелковой дивизии 1943 г. была около 11 тыс. человек. Встретить в разгар войны укомплектованную по штату дивизию было уже практически невозможно по обе стороны фронта.
Однако если в сухопутных сражениях Степной фронт должен был стать явным аутсайдером, в боях в воздухе он должен был сыграть куда более заметную роль. Согласно существовавшим тогда правилам, каждый советский фронт как объединение армий должен был иметь в своем подчинении по крайней мере одну воздушную армию. В оборонительных боях Степной фронт Конева ее не получил. Однако в период подготовки к операции «Румянцев» она у него появилась. Это была 5-я воздушная армия генерал-лейтенанта С. К. Горюнова. Перед началом наступления она насчитывала 769 самолетов, в то время как 2-я воздушная армия Воронежского фронта — 753 самолета (из них 79 ночных бипланов У-2).
Из подготовительных мероприятий к операции особого внимания заслуживает оперативная маскировка, осуществленная в полосе Воронежского фронта. Ее задачей было введение противника в заблуждение относительно действительного направления главного удара. В районе Суджи, далеко к западу от собранной ударной группировки, было искусно имитировано сосредоточение большого числа общевойсковых и танковых соединений. Для маскировки использовались 8 радиостанций, 450 макетов танков и 500 макетов орудий. Радиостанции имитировали работу радиосетей танковых соединений. Пехота имитировала пешие марши в сторону фронта. Проведенные мероприятия дали должные результаты. Для прикрытия этого направления была сосредоточена 7-я танковая дивизия. Кроме того, заметно повысилась активность люфтваффе. Район Суджи немецкая авиация подвергала систематической бомбардировке.
Что касается противника, то его группировка на белгородско-харьковском направлении состояла из 15 пехотных дивизий (88, 75, 323, 68, 57, 255, 332, 167, 168, 198, 106, 320, 282, 39, 161-я пд) и четырех танковых (6, 7, 11, 19-я тд), входивших в состав 4 ТА и армейской группы «Кемпф». Немецкие пехотные дивизии, находившиеся в центре боевых порядков, участвовали ранее в операции «Цитадель», в ходе которой понесли потери и не успели получить пополнение в необходимых количествах, поэтому боевой состав их пехотных батальонов находился на уровне 300–400 человек, что делало их ограниченно боеспособными. Танковые дивизии, получив пополнение личным составом и отремонтировав поврежденные ранее танки, находились в хорошем состоянии и были готовы к любым как наступательным, так и оборонительным действиям, хотя боеспособных танков они имели не так уж и много. На вечер 2 августа 1943 г. немецкие войска располагали следующим количеством боеспособных танков и штурмовых орудий в составе соединений и частей 4 ТА и АГ «Кемпф»:
6-я тд: 1 Pz.II, 6 Pz.III lg, 4 Pz.III 7,5, 3 Pz.III Flam, 11 Pz.IV lg, 3 Bef Pz;
7-я тд: 7 Pz.III kz, 35 Pz.III lg, 22 Pz.IV lg;
11-я тд: 7 Pz.III kz, 27 Pz.III lg, 1 Pz.IV lg, 23 Pz.IV lg, 24 StuG;
19-я тд: 1 Pz.III kz, 16 Pz.III lg, 9 Pz.IV lg, 19 Pz.IV lg, 4 Bef. Pz;
10-я тбр: 21 Pz V;
StuG Abt.905: 21 StuG, StuG Abt 228: 27 StuG, StuG Bttr 393: 6 StuG;
s.Pz.Abt. 503: 8 Pz.VI.
Итого: 306 боеспособных танков и штурмовых орудий.
После отвода своих войск из района вклинения на исходные позиции противник перешел к обороне на хорошо подготовленных рубежах. Главная полоса обороны глубиной 6–8 км состояла из двух позиций, имевших ряд опорных пунктов, узлов сопротивления, соединенных траншеями полного профиля. Вторая оборонительная полоса проходила в 2–3 км от переднего края и имела окопы, дзоты и разного рода искусственные препятствия. Общая глубина тактической зоны обороны составляла 15–18 км. Населенные пункты были подготовлены к круговой обороне. Особое значение имели заблаговременно оборудованные крупные узлы сопротивления в глубине обороны: Томаровский — в 10 км от передовой, Борисовский — в 20 км от передовой. В глубине обороны, в 50–60 км от переднего края, через Богодухов, Злочев, Казачья Лопань, Журавлевка, Веселое проходил оперативный тыловой оборонительный рубеж. Кроме того, непосредственно у Харькова противник создал два мощных кольцевых оборонительных рубежа и соединил их между собой рядом отсечных позиций. Таким образом, оборона противника на белгородско-харьковском направлении была заблаговременно подготовлена и хорошо оборудована в инженерном отношении. А войска противника, заняв оборонительные рубежи, были готовы к упорной обороне.