После окончания артиллерийской подготовки войска перешли в атаку, поддержка которой осуществлялась весьма своеобразно. С началом движения пехоты в атаку вся артиллерия, за исключением групп ДД, открывала огонь по первым траншеям и вела его с максимальным темпом до подхода пехоты на безопасное удаление от своих разрывов, после чего переносила огонь на вторые, а затем в том же порядке и на третьи траншеи. С овладением пехотой третьей траншеей (500–800 м) артиллерия вела заранее спланированный огонь по узлам сопротивления на глубину до 2 км.
Группы орудий, выполнявших во время артиллерийской подготовки задачи огнем прямой наводкой, с момента атаки переднего края переключались на непосредственное сопровождение танков и пехоты, действуя в их боевых порядках. С захватом намеченных рубежей немедленно принимались меры к их удержанию, для чего в первую очередь на этих рубежах организовывалась надежная противотанковая оборона за счет частей противотанковой артиллерии и орудий сопровождения.
Войска всех армий благодаря мощной и непрерывной поддержке артиллерии успешно развивали наступление и к исходу первого дня операции продвинулись на 7–8 км.
Необходимо отметить, что успешному развитию наступления войск 6-й и 5-й гвардейских армий способствовало и то обстоятельство, что в 13 часов в их полосах были введены в сражение 1-я и 5-я гвардейская танковые армии, которые к исходу того же дня прорвались в глубину обороны противника до 26 км.
Немцы, не выдержав нашего удара, поспешно отходили в южном направлении, но в таких крупных населенных пунктах, как Томаровка, Борисовка, оказывали упорное сопротивление. Подвижные части, как правило, не задерживались перед этими пунктами, обходили их и стремительно продвигались вперед. Полной ликвидацией узлов сопротивления в Томаровке, Борисовке и других занимались стрелковые части, поддерживаемые мощным артиллерийским огнем.
Общий поспешный отход противника, понесшего большие потери, уже в первые часы наступления войск левого крыла Воронежского фронта и быстрый темп наступления нашей пехоты вызвали необходимость решительного перемещения боевых порядков всей артиллерии вперед. В частности, в полосе 5-й гвардейской армии уже к 18 часам 3 августа все артиллерийские и минометные части и соединения сменили свои боевые порядки, переместив их в среднем на 8 км.
В последующие дни армии левого крыла Воронежского фронта, поддерживаемые огнем артиллерии, продолжали наступление.
Большую роль в обеспечении наступления наших войск сыграли части и подразделения истребительно-противотанковой артиллерии. В 40-й армии особенно отличилась 32-я истребительнопротивотанковая артиллерийская бригада, поддерживавшая наступление 100-й стрелковой дивизии. Когда 5 августа противник контратаковал дивизию силою до пехотного полка с 50 танками, бригада с ходу развернулась и приняла всю силу удара танков на себя. Противник несколько раз повторял атаки, но каждый раз они отбивались полками бригады. Во время отражения этих контратак огнем бригады были подбиты и сожжены 17 танков, 2 самоходных орудия, 14 автомашин и 3 орудия; подавлен огонь двух артиллерийских батарей, рассеяно и частично уничтожено около 800 вражеских солдат и офицеров и обоз в 80 подвод.
В 7-й гвардейской армии события развивались менее успешно. Еще до начала общего наступления части армии вели бои за расширение плацдарма на западном берегу Северного Донца в районе Топлинки, с которого должен был наноситься главный удар. Немцы оказывали упорное сопротивление, неоднократно контратакуя наши части. Наводимые войсками армии переправы через Северный Донец разрушались германской артиллерией, что крайне затрудняло советским частям переправу артиллерии на западный берег реки. И все же 8 августа удалось переправить через Северный Донец 1848-й истребительно-противотанковый артиллерийский полк, две батареи 290-го минометного полка, полковую артиллерию 73, 78-й и 81-й гвардейских стрелковых дивизий и частично артиллерию 15-й гвардейской стрелковой дивизии. Большая часть этой артиллерии была переправлена на плацдарм без средств тяги, остававшихся на восточном берегу. Такого количества артиллерии на плацдарме было недостаточно для решения поставленных задач, и армия не сумела в первый день даже вклиниться в оборону противника.
Второй день наступления также принес успех только правофланговым армиям фронта. К исходу дня 4 августа соединения 53-й армии продвинулись в глубину обороны противника до 15 км, а 1-й механизированный корпус своими передовыми частями продвинулся на 20–25 км, овладел железной дорогой Белгород – Харьков на участке Болховец – Красное. Соединения 69-й армии также успешно продвигались в западном и юго-западном направлениях, содействуя успеху 53-й армии.
Войска Степного фронта 6 и 7 августа вели напряженные бои южнее Белгорода и к исходу 7 августа продвинулись на 15–18 км к югу от Белгорода.
С 8 по 11 августа войска Воронежского фронта продолжали успешное развитие наступления в юго-западном и западном направлениях, охватывая Харьков с запада. Своим правым крылом они к исходу 11 августа выдвинулись на рубеж Боромля, Ахтырка, Котельва. На этом направлении в наступление включилась и 38-я армия.
Для артиллерийского обеспечения наступления левого фланга 38-й армии (50-я ск) ей были приданы две бригады (88-я тгабр и 101-я габр БМ) 13-й артиллерийской дивизии, перебрасываемые из 5-й гвардейской армии, и 3-я гвардейская минометная дивизия полевой реактивной артиллерии (449 рам М-30), передаваемая из 27-й армии. Кроме того, на время артиллерийской подготовки должны были привлекаться два артиллерийских полка стрелковых дивизий (77-й и 663-й ап) и вся артиллерия 38-й стрелковой дивизии 47-й армии. Благодаря этому количество артиллерии в 38-й армии должно было увеличиться с 991 до 1310 орудий и минометов плюс 449 рам М-30 реактивной артиллерии. Однако из-за ограниченных сроков подготовки операции большинство из вновь приданных артиллерийских частей не успели сосредоточиться к началу наступления и вступали в бой с марша.
К исходу 11 августа 53, 69-я и 7-я гвардейская армии Степного фронта подошли вплотную к внешнему харьковскому оборонительному рубежу. 57-я армия, форсировав Северный Донец и овладев крупными узлами сопротивления противника Зарожное и Чугуев, подошла к Харькову с востока и юго-востока.
Необходимо отметить, что с выходом войск в район Харькова значительная часть артиллерии фронта не могла быть использована в обеспечении наступления войск из-за больших потерь и выхода из строя по разным причинам средств тяги. 857 орудий и 120-мм минометов лишены были маневра из-за недостатка средств тяги. Имевшиеся на складах фронта 250 орудий и минометов не могли быть использованы для укомплектования артиллерийских частей также из-за отсутствия средств тяги. Такое положение со средствами тяги оказывало существенное влияние на маневренные возможности артиллерии и, следовательно, на объем артиллерийской поддержки наступавших войск.
Наступление войск Воронежского фронта на юг от Богодухова, угрожавшее охватить с запада и юга главные силы харьковской группировки противника, вынудило его использовать подходившие из Донбасса танковые дивизии для удара по войскам Воронежского фронта, прорвавшимся в район южнее Богодухова.
К 11 августа противник сосредоточил в районе Валки, Коломак 3 танковые дивизии («Рейх», «Мертвая голова», «Викинг») и нанес ими сильный контрудар по передовым частям 1-й танковой армии, которые вышли к этому времени на рубеж Высокополье, Ковяги.
До 17 августа на этом направлении шли ожесточенные бои, и за это время, используя свое превосходство в танках, немцам удалось значительно потеснить части 1-й танковой армии и продвинуться в направлении Богодухова на 20 км. В эти дни особенно тяжелая задача легла на артиллерию. Естественно, что решающую роль играла противотанковая артиллерия, расстреливавшая атакующие танки огнем прямой наводкой. Эффективно действовали дивизионы и полки полевой реактивной артиллерии, накрывая своими залпами районы скопления танков противника.
Однако войска 1-й танковой армии к этому времени оторвались от общевойсковых соединений на 25–40 км и тем самым лишились помощи со стороны артиллерии, поддерживающей эти соединения. В связи с этим в боевых порядках частей 1-й танковой армии не оказалось артиллерии крупных калибров, способной поражать и расстраивать боевые порядки немецких танков на дальних подступах. Вражеские танки получали возможность без потерь подходить к переднему краю и всей своей мощью обрушиваться на боевые порядки наших войск. Отсутствие артиллерии крупных калибров, способной поражать противника с закрытых позиций, привело еще и к тому, что тяжелые танки T-VI, подходя к нашему переднему краю, с дальности 2–2,5 км вели огонь прямой наводкой по нашим танкам и противотанковым орудиям, сами оставаясь недосягаемыми для огня наших орудий, обладавших значительно меньшей дальностью прямого выстрела. Это привело к тому, что 1-я танковая армия в первые дни боев понесла излишние потери в танках, противотанковой артиллерии (штатной и приданной) и личном составе.