Решающая роль в этой операции возлагалась на 3-ю танковую армию, которая, по замыслу командования, двумя танковыми корпусами охватывала противника в районе Старица, Речица. Первоначально предполагалось танковые корпуса ввести в бой только после того, как пехота 3-й танковой армии (две стрелковые дивизии) прорвет оборону противника и пройдет с боем до 16 км и форсирует р. Вытебеть. Соответственно 1-я гвардейская мотострелковая дивизия В.А.Ревякина должна была образовать внешний фронт окружения противника и прикрыть 3-ю танковую армию от контрударов с юга. Таким образом, создавая свой аналог моторизованных (танковых) корпусов вермахта, советское командование планировало его использование с «национальным акцентом». В вермахте корпус смешанного состава наступал бы плечом к плечу, поставив как танковые, так и пехотные соединения в один эшелон. «Перекатывание» танковых дивизий через пробивающую оборону пехоту было у немцев скорее исключением, чем правилом.
Переброска 3-й танковой армии из района Тулы в район Козельска проходила комбинированным порядком. С 15 по 19 августа по железной дороге в 75 эшелонах перевозилась тяжелая техника, главным образом танковые бригады. Моторесурс танков необходимо было беречь, и поэтому командование стремилось сократить перемещения танковых частей своим ходом. Автотранспорт, моторизованные и мотоциклетные части армии передвигались походным порядком, пройдя расстояние 120 км в течение 4 суток. К началу операции 3-я танковая армия была усилена еще одним подвижным соединением – 3-м танковым корпусом Д.К.Мостовенко.
Выдвижение частей 3 танковой армии из района выгрузки в исходный район для наступления (25–30 км) было закончено к 21 августа 1942 г. При этом необходимо отметить, что в условиях, когда основные силы немецких ВВС задействованы на юге, противодействие перевозкам армии П.Л.Романенко было слабым. В отличие от армии А.И.Лизюкова, попавшей в июле под мощные удары с воздуха силами VIII авиакорпуса, районы выгрузки 3-й танковой армии подвергались атакам авиации лишь в единичных случаях. Однако выход 3-й танковой армии на новое операционное направление был вскрыт средствами разведки противника.
Наступление 3-й танковой армии предполагалось начать из полосы 61-й армии П.А.Белова. Смена частей в центре построения 61-й армии двумя стрелковыми дивизиями 3-й танковой армии, прорывающими оборону противника, была произведена в ночь с 20 на 21 августа.
Перешедшие 20 августа к обороне немецкие танковые и пехотные дивизии находились в одноэшелонном построении, с танковыми дивизиями в первой линии. В глубине обороны отмечалась только 25-я моторизованная дивизия, выполнявшая роль подвижного резерва. До 22 августа немецким войскам на флангах вбитого в оборону советских войск клина удалось создать полевую оборону с узлами сопротивления и минными полями. На переднем крае обороны