Что же происходило в это время на советской стороне фронта? 21 января представитель Ставки А. М. Василевский и командующий Воронежским фронтом Ф. И. Голиков, в свою очередь, представили на рассмотрение Сталина план операции по овладению районом Харькова и Белгорода, получивший кодовое обозначение «Звезда». В полночь 23 января план был утвержден, и войска фронта получили соответствующую директиву. Начало операции на 1 февраля 1943 года. Войска Воронежского фронта должны были прорвать вражескую оборону и продвинуться на глубину до 250 километров. Задача Воронежского фронта осложнялась тем, что он действовал на расходящихся операционных направлениях, поскольку одновременно его правофланговая группировка наступала на Курск.
Овладеть районом Харькова должны были 38-я, 40-я общевойсковые и 3-я танковая армии, 18-й отдельный стрелковый корпус (вскоре развернутый в 69-ю армию) и 6-й гвардейский кавалерийский корпус. Обе армии были усилены соединениями, переданными из 60-й армии. В боевой состав 38-й армии, согласно распоряжению командования фронта от 28 января 1943 года, входили: 240,167,206 и 237-я стрелковые дивизии 38-й армии, 232-я стрелковая дивизия и 253-я стрелковая бригада из 60-й армии. Средствами усиления 38-й армии служили 180, 14 и 150-я танковые бригады и три артполка РГК.
В состав 40-й армии, наступавшей на Харьков через Белгород, входили 303-я и 100-я стрелковые дивизии из состава 60-й армии, а также 25-я гвардейская, 183,309,107,340 и 305-я стрелковые дивизии, 4, 6 и 8-я лыжные бригады и 129-я стрелковая бригада. Средствами усиления армии были 4-й танковый корпус, 10-я артиллерийская дивизия, 4-я дивизия PC и 5-я дивизия ПВО. Во втором эшелоне должна была наступать 3-я танковая армия генерал-лейтенанта П. С. Рыбалко.