Всего на харьковском направлении было сосредоточено 13,5 тысячи орудий и минометов и более 800 боевых установок и рам полевой реактивной артиллерии. В сосредоточенных в обоих фронтах артиллерийских соединениях и частях некомплект материальной части составлял 3,4 тысячи орудий и минометов (19 %). Наибольший некомплект имела батальонная и полковая артиллерия. Из всей наличной артиллерии (без зенитной) 46 % приходилось на минометы, 48 % – на пушки и гаубицы и около 6 % – на реактивные установки.

Кроме того, в зенитной артиллерии имелось 708 пушек, из них 456 – на Воронежском и 252 – на Степном фронте.

Организационно 56 % всей полевой артиллерии (без зенитной) приходилось на долю батальонной и полковой артиллерии стрелковых и танковых частей и подразделений. 44 % артиллерии входило в состав артиллерийских полков стрелковых дивизий, танковых и механизированных корпусов и отдельных артиллерийских соединений и частей РВГК. Эта часть артиллерии была наиболее приспособленной к централизованному управлению ею и, следовательно, составляла основу для массированного использования ее огня. При этом около 58 % этой части артиллерии входило в состав артиллерийских соединений и частей РВГК, не связанных организационно-штатной принадлежностью к общевойсковым соединениям (стрелковым, танковым, механизированным и кавалерийским). Это обстоятельство делало эту значительную часть артиллерии главным средством для маневра с целью создания огневого превосходства над противником на главных направлениях и на участках прорыва.

Кроме сил и средств войсковой артиллерийской разведки, Воронежский фронт имел пять отдельных разведывательных артиллерийских дивизионов (815, 621, 12-й гв., 811-й и 784-й орад) и две отдельные корректировочные авиационные эскадрильи (51-й и 60-й окаэ). 5-я гвардейская армия получила два дивизиона и одну эскадрилью, 6-я гвардейская – один дивизион и одну эскадрилью, а 40-я и 27-я армии – по одному разведывательному дивизиону каждая.

Наступление войск Воронежского и Степного фронтов началось утром 3 августа одновременным ударом артиллерии главных группировок обоих фронтов. В этот день в наступление перешли 6-я и 5-я гвардейские армии Воронежского фронта и 53-я армия и правофланговый корпус 69-й армии Степного фронта. Артиллерийская подготовка, начавшаяся в 5 часов утра, в армиях Воронежского фронта проводилась по фронтовому графику, а в 53-й армии Степного фронта вместо 2 часов 55 минут она продолжалась только 30 минут.

После окончания артиллерийской подготовки войска перешли в атаку, поддержка которой осуществлялась весьма своеобразно. С началом движения пехоты в атаку вся артиллерия, за исключением групп ДД, открывала огонь по первым траншеям и вела его с максимальным темпом до подхода пехоты на безопасное удаление от своих разрывов, после чего переносила огонь на вторые, а затем в том же порядке и на третьи траншеи. С овладением пехотой третьей траншеей (500–800 м) артиллерия вела заранее спланированный огонь по узлам сопротивления на глубину до 2 км.

Группы орудий, выполнявших во время артиллерийской подготовки задачи огнем прямой наводкой, с момента атаки переднего края переключались на непосредственное сопровождение танков и пехоты, действуя в их боевых порядках. С захватом намеченных рубежей немедленно принимались меры к их удержанию, для чего в первую очередь на этих рубежах организовывалась надежная противотанковая оборона за счет частей противотанковой артиллерии и орудий сопровождения.

Войска всех армий благодаря мощной и непрерывной поддержке артиллерии успешно развивали наступление и к исходу первого дня операции продвинулись на 7–8 км.

Необходимо отметить, что успешному развитию наступления войск 6-й и 5-й гвардейских армий способствовало и то обстоятельство, что в 13 часов в их полосах были введены в сражение 1-я и 5-я гвардейская танковые армии, которые к исходу того же дня прорвались в глубину обороны противника до 26 км.

Немцы, не выдержав нашего удара, поспешно отходили в южном направлении, но в таких крупных населенных пунктах, как Томаровка, Борисовка, оказывали упорное сопротивление. Подвижные части, как правило, не задерживались перед этими пунктами, обходили их и стремительно продвигались вперед. Полной ликвидацией узлов сопротивления в Томаровке, Борисовке и других занимались стрелковые части, поддерживаемые мощным артиллерийским огнем.

Общий поспешный отход противника, понесшего большие потери, уже в первые часы наступления войск левого крыла Воронежского фронта и быстрый темп наступления нашей пехоты вызвали необходимость решительного перемещения боевых порядков всей артиллерии вперед. В частности, в полосе 5-й гвардейской армии уже к 18 часам 3 августа все артиллерийские и минометные части и соединения сменили свои боевые порядки, переместив их в среднем на 8 км.

В последующие дни армии левого крыла Воронежского фронта, поддерживаемые огнем артиллерии, продолжали наступление.

Большую роль в обеспечении наступления наших войск сыграли части и подразделения истребительно-противотанковой артиллерии. В 40-й армии особенно отличилась 32-я истребительно-противотанковая артиллерийская бригада, поддерживавшая наступление 100-й стрелковой дивизии. Когда 5 августа противник контратаковал дивизию силою до пехотного полка с 50 танками, бригада с ходу развернулась и приняла всю силу удара танков на себя. Противник несколько раз повторял атаки, но каждый раз они отбивались полками бригады. Во время отражения этих контратак огнем бригады были подбиты и сожжены 17 танков, 2 самоходных орудия, 14 автомашин и 3 орудия; подавлен огонь двух артиллерийских батарей, рассеяно и частично уничтожено около 800 вражеских солдат и офицеров и обоз в 80 подвод.

В 7-й гвардейской армии события развивались менее успешно. Еще до начала общего наступления части армии вели бои за расширение плацдарма на западном берегу Северного Донца в районе Топлинки, с которого должен был наноситься главный удар. Немцы оказывали упорное сопротивление, неоднократно контратакуя наши части. Наводимые войсками армии переправы через Северный Донец разрушались германской артиллерией, что крайне затрудняло советским частям переправу артиллерии на западный берег реки. И все же 8 августа удалось переправить через Северный Донец 1848-й истребительно-противотанковый артиллерийский полк, две батареи 290-го минометного полка, полковую артиллерию 73, 78-й и 81-й гвардейских стрелковых дивизий и частично артиллерию 15-й гвардейской стрелковой дивизии. Большая часть этой артиллерии была переправлена на плацдарм без средств тяги, остававшихся на восточном берегу. Такого количества артиллерии на плацдарме было недостаточно для решения поставленных задач, и армия не сумела в первый день даже вклиниться в оборону противника.

Второй день наступления также принес успех только правофланговым армиям фронта. К исходу дня 4 августа соединения 53-й армии продвинулись в глубину обороны противника до 15 км, а 1-й механизированный корпус своими передовыми частями продвинулся на 20–25 км, овладел железной дорогой Белгород – Харьков на участке Болховец – Красное. Соединения 69-й армии также успешно продвигались в западном и юго-западном направлениях, содействуя успеху 53-й армии.