Задачи авиационной поддержки состояли в оказании огневого воздействия наземным войскам, прикрытии ударных группировок на этапе прорыва переднего края и последующих рубежей вражеской обороны, обеспечении ввода в сражение подвижных танковых и механизированных соединений (объединений) и их действий в оперативной глубине, подавлении узлов сопротивления противника, нарушении его системы управления, сопровождении пехоты и танков, борьбе с подходящими вражескими резервами. Командующий 15-й ВА генерал Николай Науменко предусмотрел за полтора-два часа до начала артподготовки нанести бомбо-штурмовые удары по выявленным узлам связи и штабам противника в полосе всех трех общевойсковых армий БрФ, задействовав для этого 24 самолета-штурмовика типа Ил-2. Однако основной авиаудар планировался в конце проведения артподготовки – объектом атак бомбардировщиков и штурмовиков должны были стать крупные опорные пункты, находящиеся на переднем крае обороны противника, а также позиции артиллерии. Всего предполагалось совершить около 240 самолето-вылетов штурмовиков, которые поровну распределялись в районы Новосиля и Болхова, как в интересах 3-й и 63-й, так и 61-й армий соответственно, хотя одновременно готовился массированный удар силами 90 бомбардировщиков типа Ил-4, а также 48 штурмовиков Ил-2 на участке перед фронтом 3-й и 63-й армий [19] . В дальнейшем авиация должна была действовать по вызовам с армейских командных пунктов, а также содействовать танковым войскам. Для поддержки наступления 11-й гв. А командование 1-й ВА планировало совершить 120 вылетов силами 70 бомбардировщиков и 420 вылетов силами 150 штурмовиков, причем для ввода в бой 1-го и 5-го танковых корпусов предполагалось затратить 100 вылетов штурмовой и 160 вылетов истребительной авиации (на БрФ для ввода в прорыв 20-го и 1-го гвардейского танковых корпусов 15-я ВА должна была затратить 58 вылетов штурмовой и 54 вылета истребительной авиации) [20] . За каждым из танковых корпусов в 1-й ВА закреплялась своя штурмовая авиадивизия, офицеры штаба которой, следуя в боевых порядках наземных войск, должны были наводить самолеты своего соединения на цели на поле боя.
В ходе авиационной подготовки предстоящей операции соединения 1-й и 15-й воздушных армий наносили удары по объектам в оборонительной полосе и в тылу немецких войск. Сильные удары с воздуха были нанесены по железнодорожным узлам и аэродромам в Орле, Карачеве, Брянске, станциям Золотарево и Моховая [21] . Кроме того, для авиационной подготовки наступления предусматривалось привлечение частей и соединений авиации дальнего действия. В соответствии с указаниями Ставки командующий авиацией дальнего действия генерал Александр Голованов сосредоточил к Орловскому выступу части и соединения из состава пяти авиакорпусов (1, 2 и 3-й гвардейские бомбардировочные, 5-й и 7-й бомбардировочные авиационные корпуса дальнего действия [22] ), чтобы обеспечить этими силами по 600 самолетовылетов в течение двух ночей перед началом операции, из которых 400 в полосе наступления 3-й и 63-й армий, а 200 перед фронтом 11-й гвардейской и 61-й армий (в действительности в ночь на 11 июля удалось сделать 575 самолето-вылетов, а на 12 июля – 549) [23] . На участке 11-й гв. А генерал Иван Баграмян и генерал Александр Голованов наметили нанести два массированных бомбовых удара по всей глубине первой полосы немецкой обороны, в особенности по опорным пунктам, среди которых ключевым являлся пункт в районе села Дудино, занимавший ряд возвышенностей, господствующих над долиной реки Жиздры [24] . Для этого было выделено 100 бомбардировщиков 1-го гвардейского и 5-го бомбардировочных авиакорпусов (командующие корпусами генералы Дмитрий Юханов и Иван Георгиев), которые в ночь на 11, а затем 12 июля совершили два воздушных налета, используя при этом бомбы до 2 тонн весом. В полосе 61-й А 7-й авиакорпус дальнего действия под командованием генерала Виктора Нестерцева в ночь на 12 июля произвел около 100 самолетовылетов на бомбардировку Болхова, вызвав в городе многочисленные пожары [25] . С другой стороны, генерал Рендулич отмечает [26] , что в полосе 35-го ак русская авиация не проявляла большой активности, а налеты небольших групп самолетов-штурмовиков существенного воздействия на германские войска не оказывали, поэтому, если не считать использования разведывательных самолетов, подготовка к сражению на участке фронта восточнее Орла проходила так, словно авиации у обеих сторон вовсе не было.
Касаясь действий советской авиации, также следует заметить, что сосредоточение сил 1-й ВА на левом крыле ЗапФ затруднило материально-техническое обеспечение ее воздушных операций, поскольку на каждый батальон аэродромного обслуживания теперь приходилось в среднем 2–3 авиационных полка, а в 15-й ВА имел место большой некомплект автотранспорта и специальной аэродромной техники, составлявший свыше 50 процентов от нормы [27] .
Окончив подготовку, войска трех фронтов ожидали приказа о наступлении. Выбор момента перехода к активным наступательным действиям Ставка связывала с ходом Курской оборонительной операции, причем преждевременный удар мог встретить сильное сопротивление со стороны группировок противника, а затягивание операции позволило бы немцам перейти к обороне и организовать сопротивление. В результате анализа развития обстановки со стороны Ставки и Генерального штаба было признано необходимым начать наступление в тот момент, когда приостановилось наступление ударной группировки 9-й немецкой армии на северном фасе Курского выступа. По воспоминаниям маршала Жукова [28] , утром 9 июля 1943 года на командный пункт ЦФ, где он находился в качестве представителя Ставки, позвонил Сталин и спросил мнение Жукова по поводу сроков начала наступательной операции Западного и Брянского фронтов. Жуков ответил, что на участке ЦФ противник уже не располагает силой, способной прорвать оборону советских войск, поэтому теперь необходимо не дать ему времени на организацию противодействия и немедленно переходить в наступление всеми силами БрФ и левым крылом ЗапФ, без которых ЦФ не сможет успешно провести запланированное контрнаступление. Сталин согласился с этим, и тогда Жуков предложил начать операцию 12 июля, после чего Сталин приказал ему выехать на БрФ и проконтролировать его ввод в сражение.
Поскольку 9 июля на северном фасе Курского выступа наступило временное снижение активности германских войск, связанное с их перегруппировками, что было отмечено в боевом донесении командующего ЦФ Верховному главнокомандующему [29] , то это, по-видимому, произвело ошибочное впечатление, что противник здесь уже «выдохся». К аналогичному выводу приводили и завышенные данные о потерях немецких ударных соединений, предоставлявшиеся командованием указанного фронта [30] . В действительности, как показало дальнейшее развитие событий, ударная группировка 9-й А вермахта еще не была настолько ослаблена боями, чтобы решение о переходе в наступление было обоснованным. В данный момент такое решение, если оно было принято советским командованием по соображениям о состоянии противника, являлось ошибочным, и тогда именно эта крупная ошибка, обусловленная мнением маршала Жукова (исходя из его воспоминаний), повлекла за собой последующие большие потери войск Западного, Брянского, а затем и Центрального фронтов.
С другой стороны, командование ВорФ в своих донесениях сообщало о продолжающемся усилении ударных группировок немцев на южном фасе Курского выступа и наращивании их усилий по прорыву обороны фронта, запрашивая выделение фронту дополнительных сил и средств из состава стратегических резервов Ставки [31] . В течение 9 июля на Обоянском направлении немцы продвинулись на 6–8 км, достигли реки Псел и на 10-километровом участке вышли к третьей (армейской) полосе обороны ВорФ. В связи с этим, если советская Ставка предполагала переходом в наступление против Орловского плацдарма ГА «Центр» связать и раздробить силы противника, вынудив его тем самым вообще прекратить операцию «Цитадель» (поскольку остановка наступления на северном фасе Курского выступа означала неудачу всей этой операции в целом), тогда принятое решение соответствовало обстановке, оказалось верным и, несмотря на потери, привело к ожидаемому результату. Вероятнее всего, анализируя неудачный ход оборонительной операции в полосе ВорФ, Сталин и руководство Генерального штаба вначале пришли к идее о необходимости воспрепятствовать дальнейшему проведению операции «Цитадель», нанеся контрудар против ГА «Центр», а 9 июля, получив данные о снижении активности противника в полосе ЦФ, советское командование решило, что пришло время немедленно реализовать этот замысел. Следует только заметить, что в этом случае главной целью наступления в действительности являлось не столько поражение противника, ослабленного преодолением советской обороны, сколько гарантированное предотвращение поражения войск ВорФ на Курском плацдарме. По-видимому, Сталин предпочел не выжидать дольше, чтобы затем нанести неотразимый удар, но лучше немедленно обеспечить свои войска от возможных неблагоприятных последствий вражеской операции.