Обеспеченность армии вспомогательной техникой, как и перед началом Орловской операции, оставляла желать лучшего: в танковых бригадах отсутствовали полагающиеся по штату трактора, армейские эвакороты в силу неукомплектованности тягачами и автотранспортом отечественного производства вынуждены были использовать трофейные эвакуационные тягачи и автотранспорт (к началу операции армейские эвакороты имели 14 исправных отечественных тракторов и 13 трофейных тягачей «Фамо» и «Спа», 8 отечественных грузовиков и 5 трофейных),363 а приданные армии три автотранспортных батальона при штате 459 грузовых автомобилей общим тоннажом 759 тонн имели 318 исправных автомобилей общим тоннажом 596 тонн.364 «…Армейский парк автомашин в значительной мере был неукомплектован как по количеству наличных ходовых машин, так и по их общей грузоподъемности. Почти весь наличный автопарк после проведенной Орловско-Кромской операции требовал пропуска через профилактический ремонт с заменой поршневых колец, переборкой и частичной перезаливкой подшипников двигателей, но ввиду отсутствия необходимых запасных частей ремонт в полном объеме отдельные автотранспортные батальоны произвести не могли и автопарк вступил в операцию с значительной частью неходовых машин. Особенно плохо с техническим состоянием машин обстояло в 645-м отдельном автотранспортном батальоне, полностью укомплектованном машинами иностранных марок, имеющих уже значительный износ материальной части. В самом начале операции автобаты часть автомашин, требующих среднего и капитального ремонтов, отправили в ремонт на автозаводы промышленности».365
К моменту начала погрузки войска армии были хорошо обеспечены всеми видами запасов: армия имела 3,7 заправки дизтоплива и 1,9 заправки автобензина,366 запас боеприпасов превышал 2 боекомплекта, а к танковому вооружению — 3 боекомплекта367 (обеспеченность боеприпасами колебалась от 1,76 боекомплекта к противотанковым ружьям до 5,44 боекомплекта к 45-мм пушкам368), запасы продовольствия составляли 20–25 сутодач.369
В соответствии с директивой Генштаба перемещавшаяся своим ходом часть войск армии вечером 8 сентября выступила маршем по трем маршрутам в назначенный армии район сосредоточения. Примерно 150-километровый маршрут был пройден за 5 дней, и к 13 сентября армия сосредоточилась в районе Сумы, однако двигавшаяся по железной дороге боевая техника к этому моменту еще не прибыла. «Ввиду большой напряженности движения грузов по железной дороге и малой пропускной способности, а также сильного воздействия авиации противника на железнодорожные участки, подход армейских эшелонов задерживался. Железнодорожные станции Сумы и Виры не были подготовлены для принятия эшелонов ввиду разрушения противником при отходе железнодорожного полотна. Железнодорожный мост через р. Псел у г. Сумы противником был взорван. Для восстановления потребовалось около 8 дней. Вследствие малой пропускной способности железнодорожной ветки ст. Готня—ст. Басы, командующим фронтом половина боевой матчасти из следующих эшелонов была переадресована на ст. Ворожба для ускорения сосредоточения армии».370 Тем временем наступление войск Воронежского фронта успешно развивалось, советские войска успешно продвигались в западном направлении, и развертывание армии в районе Сумы теряло смысл. В связи с этим командующий Воронежским фронтом отдал приказ об изменении района сосредоточения армии — теперь войска армии развертывались в районе Ромны.
К 19 сентября соединения армии достигли предписанных районов сосредоточения. «Колесному автопарку армии из района дислокации Курск в новый район сосредоточения пришлось совершить марш 250–300 км»,371 израсходовав при этом одну заправку автобензина.372 18 сентября приказом командующего Воронежским фронтом в состав армии был введен 1-й гвардейский кавкорпус, также сосредоточивающийся в районе Ромны.373
По состоянию на 19 сентября 3-я гвардейская танковая армия (без учета 1-го гвардейского кавкорпуса) имела 39 716 чел. личного состава, 612 танков, 127 бронемашин, 82 самоходных артустановки, 74 76,2-мм дивизионных пушки, 24 85-мм противотанковых пушки, 20 57-мм противотанковых пушек, 83 45-мм противотанковых и батальонных пушки, 78 зенитных орудий, 138 120-мм и 212 82-мм минометов, 763 противотанковых ружья.374
К моменту ввода 3-й гвардейской танковой армии в бой войска Воронежского фронта вели наступление в общем направлении на Киев. Командующий Воронежским фронтом Н.Ф. Ватутин поставил перед 3-й гвардейской танковой армией задачу «…форсированным маршем, не отрываясь от отступающего противника, подойти к р. Днепр, форсировать ее на участке Трактомиров, Григоровка, овладеть г. Кагарлык, имея в дальнейшем задачу наступать в направлении Белая Церковь».375 В соответствии с полученной задачей командующий армией отдал днем 19 сентября войскам армии боевой приказ «…во взаимодействии с 38-й и 40-й армиями преследовать отходящего противника в общем направлении Прилуки, Туровка, Яготин, Переяслав и захватить плацдарм на правом берегу р. Днепр южнее Переяслав».376 Для преследования войска армии строились в два эшелона. В первый эшелон выделялись 6-й и 7-й гвардейские танковые и 9-й механизированный корпус, во втором эшелоне армии за правофланговым 7-м гвардейским танковым корпусом наступал 1-й гвардейский кавкорпус, 91-я отдельная танковая бригада составляла армейский резерв. Приказ предписывал начать преследование отходящего противника в 20.00 20 сентября, а к исходу 21 сентября овладеть Яготином, с ходу форсировать Днепр и занять район Ходоров, Трактомиров, Зарубенцы, Григоровка, Бучак.377