Задача армии, как сформулировал ее командующий фронтом, состояла в том, чтобы ударом в южном направлении прорвать оборону противника на участке Мощун и Вышгород и, обойдя Киев с запада, овладеть им. К исходу четвертого дня ее войскам предстояло выйти на линию Мотыжи, Перевоз, Плесецкое, Васильков, Безрадичи. К этому времени района Фастов, Белая Церковь, Гребенки должна была достичь подвижная группа фронта — 3-я гвардейская танковая армия и 1-й гвардейский кавалерийский корпус, ввод которых в прорыв обеспечивала на своем участке 38-я армия.
Опыт боевых действий в октябре показал, что немцы примут все меры, чтобы остановить наступление советских войск. Чтобы сорвать эти попытки, помимо тщательности и скрытности подготовки необходимо было нанести сокрушительный первоначальный удар с последующим наращиванием его из глубины. Вторую часть этой задачи позволяли в какой-то мере решить двухэшелонное оперативное построение армии и намеченные в ее полосе действия подвижной группы фронта. Сложнее оказалась проблема нанесения достаточно мощного огневого удара по вражеской обороне в начале наступления.
Директивой фронта было приказано иметь на направлении действий ударной группировки не менее 300 орудий и минометов на 1 км фронта. Это требование не являлось чрезмерным, оно было обусловлено прежде всего характером обороны противника на участке прорыва.
Фронт армии в это время достигал протяженности в 100 км. На 60 из них оборона противника проходила по правому берегу Днепра — от Вышгорода до Триполья. Здесь германское командование имело 75, 213 и 82-ю пехотные дивизии. На остальном 40-километровом фронте, огибавшем плацдарм, боевые действия вело более шести дивизий. Но плотность обороны на различных участках была далеко не одинаковой. На 22-километровом фронте вдоль реки Ирпень между населенными пунктами Борки, Гостомель оборонялась одна 208-я пехотная дивизия. За ней, в районе Микуличей, располагался резерв — 8-я танковая дивизия вермахта.
Совсем иная плотность была перед южным фасом лютежского плацдарма, обращенным к Киеву, от Мощун до Вышгорода. Здесь на фронте в 14 км оборонялись почти четыре пехотные дивизии — 68-я, усиленная двумя полками из состава 75-й и 88-й, а также 388-я и 323-я. На дивизию, следовательно, приходилось около 4 км фронта. Кроме того, в тылу этих соединений стояла в резерве 7-я танковая дивизия.
К северу от Киева и в инженерном отношении оборона противника была наиболее развитой. Она включала три позиции, расположенные в глубину до 15 км. Основу каждой позиции составляли 1–2 траншеи полного профиля с ходами сообщения, стрелковыми ячейками, пулеметными площадками, ДЗОТами, окопами для минометов и противотанковых орудий, с жилыми блиндажами. Вдоль окраины города проходил противотанковый ров, отрытый еще в 1941 году советскими войсками при обороне Киева и в значительной мере восстановленный противником. Подступы к траншеям, танкоопасные направления, дороги в глубине расположения были немцами заминированы. Плотность вражеской артиллерии здесь также была наивысшей — около 40 орудий и минометов на 1 км фронта.
Советское командование учитывало, что в боях на букринском плацдарме, где плотность артиллерии составляла 250 орудий и минометов на 1 км фронта прорыва, взломать оборону противника не удалось. В то же время подсчеты показали, что даже привлечение всех артиллерийских средств, имевшихся как в 38-й армии, так и в подвижной группе фронта, давало среднюю плотность на намеченном для прорыва 14-километровом участке Мощун, Вышгород около 185 стволов на 1 км. Этого было явно недостаточно.
Поиски путей преодоления возникших трудностей привели к решению сократить ширину участка прорыва до 6 км. Это было «не по правилам», ибо такая полоса прорыва считалась слишком узкой для одной армии. Шестикилометровый коридор противник мог насквозь простреливать фланговым огнем и перехватить в результате контратаки. Но командарм 38 счел риск оправданным. Сужение участка прорыва позволяло создать впервые в ходе войны такую артиллерийскую плотность — до 380 орудий и минометов на 1 км фронта.
Ошеломляющая мощь первоначального удара должна была компенсировать недостатки узкого фронта прорыва.
Окончательный план действий армии был утвержден командующим фронтом и изложен в боевом приказе ее войскам, подписанном генералом К. С. Москаленко в ночь на 30 октября.