Федор Иванович Толбухин полагал, что во время операций его основное место - КП. Туда стекались все сведения о развитии событий, и на основе их можно было принять правильные решения. Но нередки были случаи, когда на местах требовалось вмешательство фронтового командования. К большому удовлетворению Бирюзова, такого рода поручения командующий все чаще доверял ему. Получив донесение о том, что механизированный корпус генерала К. В. Свиридова из 2-й гвардейской армии застопорил свой ход и топчется на месте, Толбухин попросил Бирюзова выехать к гвардейцам, чтобы на месте разобраться в обстановке. Сергей Семенович обрадовался этому поручению и немедленно отправился его выполнять. Довольно быстро приблизился к КП командарма Я. Г. Крейзера и тут попал под сильную бомбежку. Пришлось переждать ее в воронке от бомбы, наблюдая за разгоревшимся ожесточенным воздушным боем. За каких-то двадцать минут на землю рухнули шесть вражеских бомбардировщиков. Не считаясь с потерями, противник не снижал интенсивности налетов.
Командующий 2-й гвардейской армией генерал Крейзер, которого Бирюзов нашел в отбитой у противника траншее, доложил обстановку и кивнул на небо:
- Не можем поднять головы.
Положение корпуса Свиридова, как убедился Бирюзов, выслушав доклад Крейзера, было недостаточно ясно и для самого командарма. Радиосвязь с мехкорпусом была нарушена, а пройти туда невозможно.
Однако Бирюзов решил пройти. И прошел, несмотря на то, что это действительно оказалось очень рискованным и трудным делом. Не раз пришлось отлеживаться в воронках при очередных бомбежках. Когда добрался до КП мехкорпуса, там было потише. Вражеские самолеты шли над позициями корпуса и не трогали их, а бомбили преимущественно войска других корпусов, которые несколько отстали и пытались продвинуться вперед.
- Почему же вы остановились? Что вам мешает? - навалился Бирюзов на Свиридова.
Тот ответил, что корпус не продвигается, так как еще до потери связи получил от командарма распоряжение - наступление временно приостановить. Бирюзов приказал Свиридову возобновить наступление.
Вскоре восстановилась радиосвязь с КП армии. Бирюзов выговорил командарму за то, что его распоряжение шло вразрез с решением командующего фронтом. Вслед за этим он связался с Толбухиным, и командующий подтвердил его приказ о продолжении наступления корпуса. Однако противник использовал промедление в действиях мехкорпуса, подтянув на угрожаемое направление еще больше танковых частей и усилив массированные удары с воздуха. Каждый метр земли отвоевывался у врага с невероятными усилиями.
Тот выезд Бирюзова и его действия в критической ситуации, умение разобраться в увиденном и оперативно сформулировать практические предложения, а при необходимости немедленно самому принять решение и отдать соответствующие распоряжения подняли авторитет начальника штаба фронта в глазах командующего.
17 августа 1943 года войска Южного фронта вновь начали наступление, которое вошло в историю под названием Донбасской операции. На этот раз Ставка Верховного Главнокомандования смогла подкрепить войска фронта дополнительными силами и средствами. Вместе с Толбухиным Бирюзов вылетал в Москву для доклада Ставке разработанного ими плана предстоящей операции. Из Москвы возвратились ободренные вниманием Ставки, высоко оценившей представленный план. По собственному признанию Сергея Семеновича, он испытывал чувство гордости.
В ходе подготовки операции штаб фронта и его начальник проделали огромную работу по организации специальных учений с командным составом командно-штабных игр. Тщательнейшим образом по аэрофотосъемкам изучалась оборона противника. Детально отрабатывалось взаимодействие между танками, кавалерией, мотопехотой, созданной для ввода в прорыв конно-механизированной группы (4-й механизированный и 4-й гвардейский Кубанский кавалерийский корпуса), и взаимодействие всей группы с авиацией. Дело это было новое и требовало всесторонней подготовки. Неустанно работал партийно-политический аппарат, проводя работу по мобилизации личного состава к наступлению. Войска фронта были пополнены людьми и вооружением.
