Советский план по разгрому орловской группировки был выработан в Генеральном штабе еще в мае месяце. Отметим, что к лету 1943 года в Красной Армии была отработана схема подготовки крупных операций. Как правило, после обсуждения в Ставке координирующая и направляющая роль переходила к Генеральному штабу. Получив от него предварительный замысел операции и общие указания по организации наступления, командование фронтов разрабатывало собственные планы. В работе участвовали не только работники фронтовых штабов, но и командующие теми армиями, которым предстояло участвовать в операции.
К проведению наступления в районе Орловской дуги привлекались войска Брянского, Центрального фронтов, а также две армии левого крыла Западного фронта. Для «демонтажа» Орловского выступа советское командование предполагало нанесение нескольких мощных «дробящих» ударов по 2-й танковой армии в районе Волхова, Мценска, Новосиля, которые должны были привести к образованию «котлов» севернее и восточнее Орла.
Основную роль в предстоящем наступлении играл Брянский фронт генерал-полковника М. М. Попова. Его 3-я и 63-я армии (командующие генерал-лейтенанты А. В. Горбатов и В. Я. Колпакчи), расположенные с севера на юг восточнее Орла, при содействии 1-го гвардейского танкового корпуса должны были перейти в наступление из района Новосиль, достигнув за четыре дня реки Ока. После этого части 3-й и 63-й армий, наступая навстречу друг другу вдоль Оки, завершали окружение значительной части войск противника восточнее Орла. Однако на этом их задачи не исчерпывались. В дальнейшем 63-я армия должна была, огибая Орел с юга, своим левым крылом выйти в район шоссе, идущего на Брянск, в то время как 3-я армия продолжала частью сил развивать свой удар на север, навстречу 61-й армии генерал-лейтенанта П. А. Белова.
61-я армия, усиленная 20-м танковым корпусом, имела задачу совместно с 11-й гвардейской армией Западного фронта (командующий генерал-лейтенант И. Х. Баграмян) окружить и уничтожить болховскую группировку противника. Наступая из района северо-восточнее Болхова, объединение генерала П. А. Белова должно было соединиться юго-западнее города с частями 11-й гвардейской армии, задачи которой в предстоящей операции были наиболее масштабными. Насчитывая в своем составе 12 стрелковых дивизий, 2 танковых корпуса, 4 танковые бригады и 2 танковых полка прорыва, 11-й гвардейская армия должна была развивать свое наступление из района юго-западнее Козельска. При этом ее части и соединения нацеливались не только на обход и окружение болховской группировки противника, но и на выход частью сил к шоссе Орел — Брянск в районе Хотынца, создавая тем самым угрозу окружения частей 2-й танковой армии западнее Орла.
Довершить разгром немецкой группировки, по замыслам советского командования, должен был Центральный фронт. Его три общевойсковые и одна танковая армии переходили в наступление с трехдневной задержкой, вызванной необходимостью приведения войск в порядок после оборонительного сражения. Войска генерала К. К. Рокоссовского нацеливались на выход в район Кромы юго-западнее Орла, а также на перехват шоссе Орел — Карачев, образуя тем самым с войсками 11-й гвардейской армии внешнее кольцо окружения орловской группировки противника.
Как видно, даже в общих чертах план наступления был весьма сложен и требовал четкого взаимодействия всех фронтов и армий. Задержка в продвижении на одном из участков грозила тут же отразиться на ходе всей операции.
Отметим, что за почти два года оккупации немецкими войсками в районе Орловской дуги были возведены несколько хорошо оборудованных линий обороны, в полной мере использовавших преимущества рельефа местности. Узлы сопротивления и опорные пункты в большинстве своем располагались на высотах и были хорошо прикрыты артиллерийским и пулеметным огнем, а также инженерными сооружениями и минными полями. Значительное число оборонительных рубежей располагалось по берегам рек. Успешной обороне способствовало также наличие неплохих грунтовых дорог и относительно разветвленная железнодорожная сеть, позволявшая в пределах небольшого плацдарма оперативно производить перегруппировку сил. Еще одним «козырем» немецкого командования являлся орловский аэроузел, центральное расположение которого способствовало быстрому маневру силами и их сосредоточению на наиболее важных направлениях и участках фронта.