38-я армия (командующий генерал-полковник К. С. Москаленко, член Военного совета генерал-майор А. А. Епишев, начальник штаба генерал-майор А. П. Пилипенко) в составе 17-го гвардейского, 21-го и 74-го стрелковых корпусов должна была прорвать оборону противника и, развивая удар в обход Брусилова с юга, к исходу дня овладеть рубежом Брусилов, Соловьенка. После прорыва вражеского фронта 38-й армии надлежало частью сил нанести удар на Дивин, Корнин и, свертывая боевые порядки противника, овладеть Корнином. В дальнейшем, развивая успех в направлении Борки, к исходу шестого дня операции овладеть рубежом (иск.) Андрушевка, Борки, Попельня.
1-я танковая армия (командующий генерал-лейтенант М. Е. Катуков, член Военного совета генерал-майор Н. К. Попель, начальник штаба генерал-майор М. А. Шалин) в составе 11-го гвардейского и 31-го танковых корпусов, 8-го механизированного корпуса составляла резерв фронта и находилась в готовности развивать удар в полосе 38-й армии в направлении Бровки, Казатин, а частью сил захватить Корнин.
13-я армия (командующий генерал-лейтенант Н. П. Пухов, член Военного совета генерал-майор М. А. Козлов, начальник штаба генерал-майор Г. К. Маландин), действовавшая на нравом крыле фронта в составе 24, 28, 76 и 11-то стрелковых и 25-го танкового корпусов, должна была прочно удерживать рубеж Барбаров, Ельск, Овруч, Михайловка и обеспечить стык с Белорусским фронтом. На левом фланге ей надлежало нанести удар силами шести стрелковых дивизий совместно с 60-й армией по группировке противника в районе Коростеня и овладеть этим городом, наступая в дальнейшем в общем направлении на Новоград-Волынский.
60-я армия (командующий генерал-лейтенант И. Д. Черняховский, член Военного совета генерал-майор В. М. Оленин, начальник штаба генерал-майор Г. А. Тер-Гаспарян), оборонявшаяся левее 13-й армии, в составе 18-го гвардейского, 15, 23 и 30-го стрелковых корпусов, 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов готовилась для ударов в направлении на Потиевку, Воросавку, Чайковку, имея задачу в дальнейшем наступать на Шепетовку.
40-й армии (командующий генерал-лейтенант Ф. Ф. Жмаченко, член Военного совета генерал-майор К. П. Кулик, начальник штаба полковник В. И. Белодед) надлежало прочно удерживать занимаемые рубежи и не допустить прорыва гитлеровцев на Фастов; частью сил (две-три дивизии) подготовить удар во взаимодействии с левым флангом 38-й армии в общем направлении на Корнин; в дальнейшем наступать на город Белая Церковь и овладеть им.
27-я армия (командующий генерал-лейтенант С. Г. Трофименко, член Военного совета генерал-майор И. П. Шевченко, начальник штаба генерал-майор Г. С. Лукьянченко) должна была прочно оборонять занимаемый рубеж и не допустить прорыва противника в северном направлении, быть готовой содействовать 40-й армии в овладении Белой Церковью.
Отдельные танковые корпуса планировалось использовать для развития успеха общевойсковых армий. Так, например, 25-й танковый корпус был оставлен в подчинении командующего 13-й армией, а 4-й и 5-й гвардейские — в подчинении командующего 60-й армией. Авиационное обеспечение операции возлагалось на 2-ю воздушную армию (командующий генерал-лейтенант авиации С. А. Красовский, заместитель командующего по политчасти генерал-майор авиации С. Н. Ромазанов).
Главной целью операции, как подчеркивала директива Ставки Верховного Главнокомандования, являлся разгром крупной группировки противника на бердичевско-казатинском направлении и выход наших войск к Южному Бугу. Ставка требовала организовать контрнаступление так же тщательно и основательно, как это было сделано под Белгородом.
Одновременно командующий стремился ускорить события и не дать гитлеровцам передышки, ибо разведывательные данные свидетельствовали о том, что немецко-фашистское командование еще не отказалось от мысли ликвидировать киевский стратегический плацдарм и собирает силы для нового удара по нашим войскам. Важно было упредить противника, получить выигрыш во времени и добиться внезапности.
Командование фронта, армий, штабы и политорганы в ходе напряженных оборонительных боев развернули деятельную подготовку к предстоящей операции и в сложных условиях создавали наступательные группировки.