Войска 38-й армии строились в два эшелона. Первый из них составили 50-й и 51-й стрелковые, 5-й гвардейский танковый корпуса, второй — 23-й и 21-й стрелковые корпуса. Резерв — 1-я чехословацкая пехотная бригада, которая прибыла в оперативное подчинение армии и уже сосредоточилась в районе западнее Лютежа.
Главный удар на 6-километровом участке прорыва в общем направлении на Святошино намечалось нанести смежными флангами 50-го и 51-го стрелковых корпусов — силами четырех стрелковых дивизий. Правофланговый корпус усиливался 39-м танковым полком, левофланговый — 20-й и 22-й гвардейскими танковыми бригадами 5-го гвардейского танкового корпуса. В результате этого удара имелось в виду расчленить группировку противника севернее Киева, чтобы уничтожить ее по частям.
На 51-й стрелковый корпус возлагалась задача овладения Киевом. Остальные силы 38-й армии к исходу 4 ноября должны были достичь рубежа Буча, Бобрица, Боярка-Будаевка, Лесники.
С выходом 50-го стрелкового корпуса на линию Любка, Берковец из-за его правого фланга намечалось ввести в бой 23-й стрелковый корпус с задачей выйти на рубеж устье рек Буча, Забуча, Неграши в готовности к отражению контратак противника с запада и дальнейшему наступлению вдоль Житомирского шоссе. В промежутке между этими корпусами, на линии Бобрица, Боярка-Будаевка, планировалось развернуть 21-й стрелковый корпус, предназначавшийся для развития удара на юго-запад.
На второй день операции, после выхода пехоты на северную окраину населенного пункта Приорки, корпуса первого эшелона должны были пропустить через свои боевые порядки 3-ю гвардейскую танковую армию и 1-й гвардейский кавалерийский корпус. Темп продвижения стрелковых соединений на начало операции был определен в 10–14 км в сутки. Вспомогательный удар намечалось нанести в 10–12 км южнее Киева силами сводного левобережного отряда. К исходу первого дня операции этот отряд должен был переправиться через Днепр в районе острова Казачий и перехватить дорогу, идущую вдоль реки на Киев с юга, и тем самым воспрепятствовать попыткам врага перебрасывать по ней подкрепления.
По плану артиллерийского наступления на участке прорыва было сосредоточено 9 из каждых 10 имевшихся па плацдарме орудий и минометов. Плотность артиллерии была неодинаковой на разных участках. В 50-м стрелковом корпусе она составляла 416 орудий и минометов на 1 км фронта, в 51 ск — 344[15]. Армейскую артиллерийскую группу, делившуюся на подгруппы, возглавил командир 7-го артиллерийского корпуса прорыва генерал-майор артиллерии П. М. Корольков. В подгруппу 50-го стрелкового корпуса вошла 13-я, а 51-го — 17-я артиллерийские дивизии. Артиллерийские группы создавались и в стрелковых дивизиях.
Для контрбатарейной борьбы и нанесения ударов по особо важным объектам в глубине вражеской обороны были созданы артиллерийские группы дальнего действия. К обеспечению их деятельности привлекались корректировочно-разведывательная авиация и отряды аэростатов наблюдения.
Артиллерийская подготовка атаки включала 3-минутный огневой налет по переднему краю обороны противника, его штабам, узлам связи и батареям. За ними следовал период подавления и уничтожения целей и проделывания проходов в минных полях длительностью 34 минуты. В заключение намечался повторный 3-минутный огневой налет по первой позиции, включавший залпы гвардейских минометов[16]. Поддержку атаки в 50-м стрелковом корпусе планировалось осуществить огневым валом на глубину до двух километров, в 51-м — последовательным сосредоточением огня. Затем артиллерия переходила к сопровождению атакующих войск. При бое в глубине намечалось массирование артиллерийского огня по наиболее важным узлам сопротивления немцев.
В рамках артиллерийского наступления особо предусматривалось обеспечение ввода в прорыв 3-й гвардейской танковой армии и 1-го гвардейского кавалерийского корпуса огнем пяти артиллерийских бригад, использование армейской артиллерийской группы для поддержки штурма Киева, а также возможного удара 23-го стрелкового корпуса с рубежа реки Ирпень на запад. На первый день боя большей частью на артиллерийскую подготовку атаки предполагалось израсходовать от 0,7 до 1,5 боекомплекта боеприпасов.
План взаимодействия 38-й армии с 2-й воздушной армией, на которую возлагалась авиационная поддержка, включал несколько этапов. Первый из них — бомбовые удары с воздуха в ночь перед наступлением по боевым порядкам противника с целью нанесения потерь и изнурения живой силы. Далее предусматривалось, что в первый день операции авиация нанесет четыре сосредоточенных удара по вражеским войскам, узлам сопротивления, артиллерии на глубину до 7 км. В этих действиях должно было участвовать свыше 900 самолетов.