Главный удар 4-й танковой армии, который был нанесен утром 5 июля на стыке участков обороны 22-го и 23-го гвардейских стрелковых корпусов 6-й гвардейской армии Воронежского фронта, встретили две стрелковые дивизии этой армии. 67-я гвардейская стрелковая дивизия 22-го корпуса оборонялась против 48-го танкового корпуса западнее реки Ворсклы, а 52-я гвардейская стрелковая дивизия 23-го корпуса — против 2-го танкового корпуса СС восточнее Ворсклы. Обе гвардейские дивизии удерживали участки обороны протяженностью приблизительно по 13—14 км, их списочная численность достигала 8—10 тысяч человек, а штатное тяжелое вооружение составляли 44 полевых орудия, 170 минометов, 36 полковых и 12 дивизионных противотанковых пушек, 6 зенитных орудий42. Кроме того, эти дивизии были существенно усилены корпусными и армейскими частями. Так, поддержку 52-й гвардейской стрелковой дивизии, которой командовал гвардии полковник Иван Некрасов, дополнительно обеспечивали два усиленных стрелковых батальона (батальоны подмены), 142-й тяжелый артиллерийский полк (36 орудий калибра 152 мм), один дивизион 5-го гвардейского полка реактивных минометов (8 установок), 538-й и 1008-й истребительно-противотанковые артиллерийские полки из состава 1-й танковой армии (44 противотанковых орудия), отдельный батальон противотанковых ружей (270 противотанковых ружей); отдельный 230-й танковый полк (39 танков американского производства — 32 средних танка типа М-3 General Grant («Генерал Грант») и 7 легких машин МЗ/М5 General Stuart («Генерал Стюарт»)43. Следовательно, на фронте протяженностью 14 км было сосредоточено порядка 80 стволов полевой артиллерии, 92 противотанковых орудия и 6 зенитных пушек, 178 минометов, 270 противотанковых ружей и 39 танков. Плотность огневых средств составила 12^-13 орудий и столько же минометов на километр фронта, а плотность бронетехники — до 3 танков на километр. Соответственно, на участке прорыва наступавшие теоретически имели многократное превосходство в полевой артиллерии и бронетехнике, однако направление дивизии могло быть оперативно усилено выдвижением 28-й истребительно-противотанковой артиллерийской бригады, дислоцированной в непосредственной близости от главной линии обороны (по штату в бригаде насчитывалось от 60 до 72 противотанковых орудий).

52-я гвардейская стрелковая дивизия находилась на самом ответственном участке фронта 23-го стрелкового корпуса, блокируя дорогу, ведущую из Томаровки на север через Быковку и Покровку к Прохоровке и Обояни, в оперативный тыл Воронежского фронта. Дивизия прикрывала это направление со времени боев в марте 1943 года (тогда соединение являлось 63-й стрелковой дивизией, которой командовал полковник Нестор Козин), что позволило частям дивизии хорошо изучить и освоить обороняемую местность. Полковник Некрасов (ранее полковой командир в 23-й стрелковой дивизии) расположил все три полка в один эшелон к востоку и западу от дороги Томаровка—Обоянь. Правофланговый 153-й гвардейский стрелковый полк оборудовал и силами двух батальонов занял первую линию позиций, опиравшихся на пересеченную и частично залесенную местность к западу от реки Ворсклы, левофланговый 155-й полк — позиции на северных склонах долины речки Ерик, а в центре боевого порядка 151-й стрелковый полк расположил три стрелковых батальона поперек дороги Томаровка—Обоянь. Передовые батальоны на переднем крае обороны разместили по две стрелковые роты впереди, а третью — в 1—2 км глубже в тыл. При этом передовые роты батальонов привязали свои оборонительные позиции к пересеченной местности по склонам глубоких оврагов и берегам рек Ворсюта и Ерик, а тыловые роты заняли противотанковые опорные пункты и узлы сопротивления в непосредственном тылу — в населенных пунктах Яхонтов, За-дельное, Березов и Гремучий (Гремучее). 151-й гвардейский стрелковый полк подготовил два опорных пункта — в деревне Задельное и в непосредственной близости от дороги Томаровка—Обоянь, а каждый из фланговых полков -- по одному опорному пункту. 155-й гвардейский стрелковый полк создал свой противотанковый опорный пункт на окраине поселка Березов, вдоль шоссейной дороги, входившей в сектор обороны полка. В каждом из этих противотанковых опорных пунктов было установлено по одной истребительно-противотанковой артиллерийской батарее (по 4 орудия). На правом фланге дивизии 153-й гвардейский стрелковый полк использовал дивизионный 57-й гвардейский истребительно-противотанковый артиллерийский дивизион для создания опорного пункта на стыке с соседней 67-й гвардейской стрелковой дивизией (на другом фланге за обеспечение стыка отвечало командование соседней слева 375-й стрелковой дивизии). Кроме этого, в 3 км от переднего края, в полосе 151-го стрелкового полка, развернулся 538-й истребительно-противотанковый артиллерийский полк, а в 7 км, под деревней Быковка, — 1008-й истребительно-противотанковый артиллерийский полк. Здесь же, в районе Быковки, в резерве дивизии находились 39 бое-готовых танков 230-го отдельного танкового полка, чтобы при необходимости контратаковать прорывающиеся танки противника.

Вторая линия главной полосы обороны находилась на глубине от 4 до 6 км и была занята резервным и учебным батальонами 52-й гвардейской стрелковой дивизии. В глубине расположения 52-й стрелковой дивизии, на расстоянии 15—20 км от переднего края, была оборудована вторая армейская полоса обороны Воронежского фронта, которую занимали части 51-й гвардейской стрелковой дивизии 23-го гвардейского стрелкового корпуса под командованием генерала Николая Таварткиладзе (Тавартквиладзе). Оборонительные позиции 51-й стрелковой дивизии защищали район боевого сосредоточения соединений 5-го гвардейского Сталинградского танкового корпуса.

Поддержку 67-й гвардейской стрелковой дивизии 22-го гвардейского стрелкового корпуса (бывшая 304-я стрелковая дивизия), находившейся под командованием гвардии полковника Алексея Баксова, дополнительно обеспечивали 159-й тяжелый артиллерийский полк и два дивизиона 163-го пушечного артиллерийского полка (60 тяжелых полевых орудий), два дивизиона 5-го гвардейского полка реактивных минометов (16 установок), 496-й и 611-й истребительнопротивотанковые артиллерийские полки (48 противотанковых орудий), отдельный батальон противотанковых ружей (270 противотанковых ружей); отдельный 245-й танковый полк (39 танков американского производства — 12 средних танков типа М-3 General Grant («Генерал Грант») и 27 легких машин МЗ/М5 General Stuart («Генерал Стюарт») и 1440-й полк самоходной артиллерии (21 САУ типа СУ-76 и СУ-122)44. Усиление обороны направления дивизии планировалось также за счет 27-й истребительно-противотанковой артиллерийской бригады. Как видно, на фронте той же протяженностью около 14 км было сосредоточено свыше 100 стволов полевой артиллерии, 96 противотанковых орудий и 6 зенитных пушек, 186 минометов, 270 противотанковых ружей, 60 единиц бронетехники, то есть плотность огневых средств составила 14—15 орудий и 13 минометов на километр фронта, а плотность бронетехники — около 4—5 танков и САУ на километр. Следовательно, 67-я гвардейская стрелковая дивизия оказалась несколько лучше вооружена артиллерийскими средствами и усилена бронетехникой, чем 52-я стрелковая дивизия. Вместе с тем следует согласиться со мнением американского военного историка С. Ньютона (Steven Newton)45, что данное различие имело скорее статистическое, нежели тактическое значение. Оба соединения должны были решать аналогичные по сложности оборонительные задачи.