Radziecki plan przewidywał atak na 30 kilometrowym odcinku przeprowadzony przez 5 i 6 Gwardyjską Armię oraz 53 Armię. W tym celu skoncentrowano ciężką artylerię. Ofensywa miała przebić się przez pięć niemieckich linii obronnych, które znajdowały się między Kurskiem i Charkowem. Wspierane przez dwa dodatkowe korpusy, 1 Armia Pancerna i 5 Armia Pancerna miały wspomagać przełom otaczając Charków od strony północnej i zachodniej. Drugi atak, w kierunku zachodnim, po głównym przełomie miała przeprowadzić 27 i 40 Armia, przy wsparciu czterech korpusów złożonych z czołgów. Jednocześnie na południowo-wschodnim odcinku do ataku miały dołączyć 69 i 7 Gwardyjska Armia, a następnie 57 Armia Frontu Południowo-Zachodniego.

Przebieg operacji thumb|left|Czołg Mk IV Churchill używany przez wojska pancerne Armii Czerwonej m.in. podczas operacji Rumiancew Operacja rozpoczęła się 3 sierpnia ostrzałem ciężkiej artylerii na niemieckie pozycje. Wojska frontów Woroneskiego i Stepowego nacierając szerokim frontem, długości 175 km, pomiędzy miejscowościami Sumy i Wołczańsk sforsowały rzekę Worskła i wdarły się w głąb pozycji obronnych 332 i 167 Dywizji Piechoty na głębokość 100 km.