Идея разгрома южного фланга противника была заманчивой. Но этот план все-таки отвергли. Он не затрагивал центр советско-германского фронта и, главное, западное стратегическое направление, не обезвреживал основную группировку противника — группу армий «Центр», которая в этом случае угрожала бы флангам наших важнейших фронтов, оставлял в стороне направление на Киев, весьма важное в политическом, экономическом и чисто военном отношении.
Удар на Харьков, Полтаву, Киев был, по мнению Генерального штаба, наиболее перспективным. Выход Красной Армии к столице Украины — важному экономическому центру страны — давал большие стратегические результаты. При этом достигалось все, что сулило наступление в направлении Днепропетровска, и вдобавок еще расчленение фронта противника (особенно в случае выхода советских войск к Карпатам), затруднялось взаимодействие между важнейшими его группировками. Из района Киева в равной степени можно было угрожать флангам и тылу как группы армий «Юг», так (что особенно важно!) и правому флангу группы армий «Центр». Наконец, при таком варианте мы приобретали выгодное положение для последующих действий. Он и был принят».
С новым начальником штаба фронта генералом С.П. Ивановым Ватутин часами засиживался за картой, они прикидывали варианты, спорили. Спали уже на заре — не более двух часов. Утром убывали на целый день в войска, а вечерами все начиналось сначала...
— Все, начинаем повторяться, — сказал в одну из таких ночей Ватутин. — Я почти уверен, что у немцев есть три направления для удара. Первое — из района Белгорода на Обоянь, второе — оттуда же на Корочу, и третье — на Волчанск и Новый Оскол. Наиболее вероятны два первых, поэтому будем сосредоточивать усилия именно здесь, на левом крыле фронта. Тебя, Семен Павлович, прошу усилить разведку, мы должны знать о противнике все или почти все...
Воронежский фронт имел в своем составе 38, 40, 69, 6 и 7-ю гвардейские, 1-ю танковую и 2-ю воздушную армии, а также 35-й гвардейский стрелковый, 2-й и 5-й гвардейские танковые корпуса. Согласно своему замыслу Ватутин сосредоточил на левом крыле фронта, на участке 164 километра (около 68 процентов общей протяженности фронта), 83 процента стрелковых дивизий, 90 процентов танков и САУ, свыше 86 процентов артиллерии. Войска расположились в два эшелона: в первом — 38, 40, 6 и 7-я гвардейские армии; во втором — 1-я танковая и 69-я армии. В резерве находились танковые и стрелковый корпуса, артиллерийские противотанковые полки и бригады большой мощности.
Уже к середине мая на Курском выступе оборудовали восемь оборонительных рубежей и полос, глубиной до 300 километров. Каждая армия возвела три полосы обороны, каждый фронт имел три фронтовых рубежа. Построили оборонительные рубежи и войска Степного фронта. Только одна полоса обороны на Воронежском фронте включала в себя 5 сплошных траншей полного профиля, соединенных ходами сообщения. В среднем каждая дивизия отрыла до 70 километров траншей. По фронту и в глубину на каждом километре сооружалось до 7 дзотов.
Танкоопасные направления перекрывали противотанковые рвы, берега рек и оврагов ощетинились эскарпами, лесные дороги пересекали завалы. Были полностью заминированы мосты и многие участки дорог.
Разведка работала неплохо, и Ватутин имел сведения, что против его фронта противник сосредоточил 5 пехотных дивизий 2-й армии из группы армий «Центр», всю 4-ю танковую армию и основные силы оперативной группы «Кемпф», входящие в группу армий «Юг». А это еще 15 пехотных, 8 танковых и моторизованных дивизий. Именно на участке его фронта находились два отдельных батальона тяжелых танков и дивизионы новых штурмовых орудий. Потом выяснилось, что сил у немцев было больше... Командовал этими войсками старый знакомый Ватутина фельдмаршал Манштейн.
Все, казалось, было готово для встречи врага, а Николай Федорович продолжал кропотливую работу в штабе и войсках. Генерал С.П. Иванов впоследствии вспоминал: «Генерал Н.Ф. Ватутин с неизменным вниманием относился к нуждам и запросам штаба, с его стороны штабисты всегда встречали полное понимание и всестороннюю поддержку. Да это и неудивительно. Ведь пройдя все ступени штабной службы, вплоть до заместителя начальника Генерального штаба, он знал все профессиональные тонкости, о событиях судил масштабно, сразу схватывал суть дела. Это был настоящий генштабист, человек отменной работоспособности, сильной воли и исключительной деловой целеустремленности. В нем как нельзя лучше сочетались черты командующего и руководителя крупного штаба. Самым тесным образом Н.Ф. Ватутин поддерживал контакты с войсками, куда он часто выезжал, причем о своих поездках ставил в известность и штаб. Он всегда знал о запросах, нуждах, настроениях не только командного, но и рядового состава, и при необходимости оперативно оказывал действенную помощь».