Die Operation Rumjanzew war von der Stawka als der Hauptstoß der Sommeroffensive geplant. Während die Operation Kutusow hauptsächlich die Verteidigung im Kursker Bogen unterstützen sollte, hatte Rumjanzew weitaus ambitioniertere Vorgaben. Die Operation zielte darauf ab, die während des Unternehmens Zitadelle geschwächten deutschen Armeen zu zerschlagen. Die 4. Panzerarmee sowie die "Armeeabteilung Kempf" sollten direkt am Kursker Bogen vernichtet werden, um dann nach Süden zu schwenken und die 1. Panzerarmee und die 6. Armee an der Schwarzmeerküste einzukesseln. Dies wäre dann die Vernichtung der ganzen Heeresgruppe Süd unter Erich von Manstein gewesen. Stalin wollte den Angriff bereits am 23. Juli beginnen, doch Schukow erklärte, dass die Verbände Zeit benötigten, um aufgefrischt zu werden. Das erste Ziel der vorstoßenden Armeen sollte die direkte Einnahme des wichtigen Knotenpunkts Bogoduchow sein. Von dort aus sollten die Panzerarmeen einschwenken und Charkow einkesseln. Um die Operation vorzubereiten, begannen bereits am 17. Juli die Süd- und Südwestfront mit Angriffen auf Mansteins Südflügel im Donezbecken (Donez-Mius-Offensive). Diese Angriffe scheiterten zwar unter hohen Verlusten, führten aber gleichzeitig zu einem Abzug von Truppen im Belgorod-Charkow-Sektor. Die Operation, welche als Maskirowka geplant war, erfüllte somit ihren Zweck, den Nordflügel Mansteins zu schwächen. Für den direkten Angriff standen schon in der ersten Phasen zehn Armeen bereit, davon zwei Panzerarmeen. Des Weiteren wurden fünf selbständige Korps bereitgestellt.