Первый вариант плана операции «Румянцев» предусматривал окружение всей группировки противника в районе Белгорода и Харькова. Ватутин задумал классические «канны» — охват и уничтожение врага ударами по сходящимся направлениям. По его плану предполагалось прорвать немецкий фронт двумя сильными ударами: один — в районе Краснополье и другой — в районе Чугуева. Далее первая ударная группировка должна была выдвигаться на юг с целью охвата неприятельской группировки с запада, а вторая — на запад, с целью обхода Харькова с юга. Если бы острия этих ударов сошлись, в кольцо окружения должна была попасть вся белгородско-харьковская группировка немцев, т. е. 4-я танковая армия и армейская группа «Кемпф».

Второй вариант плана советского командования был чуть менее амбициозным, размах «канн» был несколько меньшим. Он предполагал окружение неприятельской группировки в результате концентрических ударов из районов Красная Яруга и Чугуев. При успешном осуществлении этого маневра в окружение попадали основные силы 4-й танковой армии и вся армейская группа «Кемпф».

Однако на пути осуществления этих планов было одно, но серьезное препятствие. Для осуществления первого варианта наступления потребовалось бы на внешних флангах Воронежского и Степного фронтов создать крупные ударные кулаки, способные взломать оборону и прорваться на глубину до 250 км. Создать их возможно было только после очень сложных перегруппировок, которые заняли бы много времени. В результате наступление пришлось бы перенести на более поздний срок. Для реализации второго варианта наступательной операции также требовались значительные перегруппировки и большое количество времени для их осуществления.

Ставку и лично Сталина такое развитие событий явно не устраивало. Более того, вождь требовал немедленного перехода в наступление. Жуков вспоминал: «Войска Воронежского и Степного фронтов, выйдя 23 июля к переднему краю немецкой обороны, не смогли сразу перейти в контрнаступление, хотя этого и требовал Верховный Главнокомандующий. […] Мне и А. М. Василевскому стоило большого труда доказать ему необходимость не спешить с началом действий и начинать операцию только тогда, когда она будет всесторонне подготовлена и материально обеспечена». Тем не менее жесткий нажим сверху заставлял отказываться от крупных перегруппировок. Сталин дал лишь около восьми суток, за которые можно было только пополнить запасы и дать частям необходимый отдых.

Однако помимо воли вождя имелись вполне очевидные соображения военного порядка. Сложившаяся же обстановка требовала от Воронежского и Степного фронтов перехода в наступление в кратчайший срок. Советская разведка информировала командование, что к этому времени белгородско-харьковская группировка немцев была значительно ослаблена. Танковый корпус СС был переброшен в Донбасс, а танковая дивизия «Великая Германия» — на орловский плацдарм. Это было вызвано, с одной стороны, успешным развитием наступления войск Западного и Брянского фронтов против орловской группировки немцев, а с другой стороны — переходом в наступление войск Юго-Западного и Южного фронтов в Донбассе. Однако оба наступления уже выдыхались, и нужно было спешить, атаковать до возвращения немецких резервов из Донбасса и из района Орла.

Был также еще один фактор, который хотя и не учитывался в явном виде советским командованием, но непосредственно влиял на ход боевых действий. Большое количество немецких танков и САУ группы армий «Юг», подбитых и поврежденных в ходе «Цитадели», в конце июля 1943 г. все еще ремонтировались. Согласно Panzer Lage и StuG Lage Ost по состоянию на 31 июля в ГА «Юг» было 625 боеспособных танков, 633 — в ремонте и 190 — в пути, а также 251 боеспособных StuG и StuH, 84 — в ремонте и 11 — в пути. Большей части находившейся в ремонте техники требовался краткосрочный ремонт продолжительностью от 6 до 21 дня. Если бы советское наступление началось позднее, например, 15 августа, после накопления сил и длительной паузы, оно было бы встречено огнем куда большего числа танков и САУ, нежели в начале месяца. Ситуация бы изменилась даже не количественно, а качественно. Соответственно успех операции «Румянцев» был бы поставлен под сомнение.

Советскому командованию нужен был план, который можно было бы ввести в действие в максимально сжатые сроки. В окончательном виде он был разработан на основе указаний Ставки Верховного Главнокомандования, данных 22 июля 1943 г. Главный удар было решено нанести смежными флангами Воронежского и Степного фронтов в обход Харькова с запада. Этот вариант давал значительный выигрыш во времени, так как не было надобности производить крупные перемещения войск. Сложившаяся в ходе оборонительных боев группировка на левом крыле Воронежского и на правом крыле Степного фронтов в основном соответствовала этому варианту плана наступления. У нового плана также было еще одно неоспоримое преимущество. Намечаемые удары были направлены вдоль рек, что в значительной степени ослабляло их значение как сильных естественных преград. После выхода войск двух фронтов в район к западу от Харькова им навстречу должна была нанести удар 57-я армия Юго-Западного фронта. Таким образом, несмотря на серьезные изменения первоначальных планов, советское командование сохраняло идею «канн» — сражения на окружение. Только теперь они были асимметричными, очень мощная правая «клешня» и сравнительно слабая левая.

Если сформулировать в одном слове главную идею плана советского наступления, то это будет слово «скорость». В план закладывались высокие темпы продвижения танковых армий. Буквально за три-четыре дня они должны были продвинуться на 100–120 км. 5-я гвардейская танковая армия должна была пройти за три дня 100 км: 40 км в первый день и по 30 км в каждый из последующих дней. Такой стремительный бросок обеспечил бы перехват дорог, ведущих из Харькова, до прибытия немецких резервов из Донбасса.

Одним из основных препятствий на пути этого дерзкого плана было состояние войск двух фронтов. В оборонительном сражении войска обеих сторон понесли существенные потери. Каким же образом Красной армии удалось быстро оправиться от полученных ударов и перейти в наступление? Ответ на этот вопрос достаточно прост. Действительно, Воронежский и Степной фронты вышли из успешных оборонительных боев изрядно обескровленными. Однако у советской стороны все еще оставался в руках резерв, заранее заготовленный на случай проигрыша. Горький опыт 1941–1942 гг. многому научил советское командование. Еще до начала «Цитадели» в основании Курской дуги было выстроено несколько армий. Они объединялись в Степной военный округ. Он был своего рода «подушкой безопасности» Красной армии. Даже если бы Манштейн и Клюге преуспели в срезании Курского выступа, они бы не добились этим нарушения целостности советской обороны в целом. Вместо огромной бреши в основании выступа их бы ждал новый фронт из резервных армий. Частично эти резервы были использованы в ходе оборонительного сражения. В бой были брошены 5-я гвардейская и 5-я гвардейская танковая армии. Штаб Степного округа стал штабом Степного фронта. Однако основная масса резервов оставалась нетронутой. Именно их было решено использовать в ходе операции «Румянцев». Степной фронт получил в свое распоряжение 53-ю армию, Воронежский фронт — 27-ю и 47-ю армии. Еще одна армия, 4-я гвардейская, к началу сражения еще оставалась в резерве. Ее планировалось использовать для развития успеха или парирования возможных кризисов.