По распоряжению командующего в целях оперативной маскировки было подготовлено несколько экземпляров ложного приказа по войскам фронта. Тут же разведотдел позаботился о том, чтобы эти и другие «документы» обязательно попали в руки немцев. Кроме того, среди местного населения распустили слухи о скором наступлении русских.
Ход подготовки к операции скрупулезно контролировал представитель Ставки маршал Жуков. 30 октября, накануне грядущих событий, Юрьев (кодовое имя Г. К. Жукова) направил Иванову (кодовое имя И. В. Сталина) следующее секретное сообщение:
«Ещё раз проверил план операции армий Николаева [Ватутина. — Н. К.] и после внесённых мною поправок считаю вполне законченным. Был у Москаленко, где на инструктивном совещании дал командирам дивизий и корпусов практические указания по подготовке и проведению предстоящей операции. Наступление с Букринского плацдарма готовим на 1.11.43».
Накануне операции Николай Федорович, ставя боевые задачи командующим армиями, командирам корпусов и бригад, особенно подчеркнул необходимость внезапности и стремительности танкового удара с Лютежского плацдарма.
— Быстрота и решительность при прорыве вражеской обороны — вот залог нашего успеха, — сказал он. — Если не сможем этого сделать, враг успеет перебросить сюда свои войска из-под Букрина. Тогда нам наступать будет гораздо труднее.
Как и планировалось, 1 ноября с Букринского плацдарма началось отвлекающее наступление советских войск. Оставшиеся здесь части и соединения атаковали позиции противника. В течение первого дня они овладели передовыми траншеями противника, но дальше продвигаться не стали. 2 ноября бои разыгрались с новой силой. Немецкое командование, уверенное в том, что русские наносят здесь главный удар, срочно выдвинуло под Букрин свои резервы, в том числе 2-ю танковую дивизию СС «Рейх». Это и надо было советскому командованию.
Николай Федорович как раз находился на этом участке фронта. Прильнув к стереотрубе, он наблюдал за очередной атакой противника. Впереди ползли тяжёлые «Тигры» с десантом на броне. Следом за ними двигались бронетранспортёры с пехотой. Фланги прикрывали неповоротливые «Фердинанды». Но, как только танки приближались к советским позициям, их встречал прицельный огонь артиллерии.
В самый разгар боёв под Букрином, а именно 3 ноября, от Ватутина поступил приказ войскам «тихого» Лютежского плацдарма о начале реального наступления на Киев. Одновременно Николай Федорович дал командному составу частей и соединений следующие указания: «Успешное выполнение задач зависит в первую очередь от стремительности, смелости и решительности ваших действий. Ваша цель — в самый кратчайший срок выполнить поставленные вам задачи, для чего, не боясь оторваться от пехоты, стремительно двигаться вперёд, смело уничтожать отдельные очаги противника, навести панику среди его войск. Стремительно преследовать их, с тем чтобы к утру 5 ноября нам занять Киев. Командирам всех степеней быть со своими частями и лично вести их для выполнения задачи».
После массированной артиллерийской подготовки — плотность артиллерии на участке прорыва превышала 300 стволов на километр фронта — передовые части 38-й армии генерал-лейтенанта Москаленко и 60-й армии генерал-лейтенанта Черняховского устремились вперёд. Большую помощь сухопутным войскам оказала 2-я воздушная армия генерал-лейтенанта авиации Красовского. Накануне, в ночь на 3 ноября, ночные лёгкие бомбардировщики совершили более двухсот вылетов, нанося удары по позициям противника. А после начала операции авиация действовала непрерывно. Только в первый день советские лётчики сбили 31 немецкий самолёт.
Развивая наступление, 38-я армия генерал-лейтенанта Москаленко и 60-я армия генерал-лейтенанта Черняховского всё больше вгрызались в сильно укрепленную оборону противника. Завязались ожесточенные бои. Немцы стояли прочной стеной. Люфтваффе группами по 40 самолётов совершали постоянные налёты на наступавшие войска.
В первый день наступления войска фронта продвинулись на 6—12 километров. На второй день бои приняли ещё более напряжённый характер. К тому же резко ухудшилась погода, шёл надоедливый мелкий дождь, видимость была плохой. На авиацию уже нельзя было рассчитывать. Однако никаких остановок не предполагалось. Ватутин, чтобы дальше развить достигнутый успех, ввёл в сражение 3-ю гвардейскую танковую армию генерал-лейтенанта П. С. Рыбалко.
— Настал твой час, Павел Семенович, — напутствовал командарма Николай Федорович. — Медлить нельзя. Танковый кулак у тебя мощный. Громыхни им так, чтобы все тылы и коммуникации противника затрещали. Надеюсь на успех.
— Все ясно, товарищ командующий. Можете не сомневаться: армия выполнит приказ! — заверил Ватутина Рыбалко.
В середине дня танкисты Рыбалко во взаимодействии с частями Москаленко прорвали вторую полосу обороны немцев и вышли на оперативный простор. Противник отчаянно сопротивлялся. Однако расстояние до столицы Украины неумолимо сокращалось. К полуночи советские войска, сметая на своём пути обессиленные подразделения вермахта, уже были у северной окраины Святошино
[56] и в районе шоссе Киев — Житомир. Мощный бронированный натиск сопровождался световыми и шумовыми эффектами. Танки, развернувшись в линию, стремительно двигались вперёд, разрезая полотно ночи ярким светом множества фар. Выли сирены, шла стрельба с ходу из пушек и пулеметов. Немцы метались в панике, им казалось, что они попали в ад. К утру 5 ноября танкисты Рыбалко окончательно перерезали шоссе Киев — Житомир, лишив немцев важной коммуникации. Одновременно были созданы благоприятные условия для войск, наступающих на столицу Украины.
Ватутин неослабно держал в своих руках все нити управления войсками. Его наблюдательный пункт был оборудован на безымянной высоте юго-западнее населённого пункта Новопетровцы, фактически в нескольких сотнях метров от переднего края немцев. Это позволяло ему лично наблюдать за обстановкой. Николай Федорович, как всегда, в спокойной манере, но твёрдо руководил действиями наступающих армий, корпусов и дивизий.
В дальнейшем в течение дня 38-я армия и 3-я гвардейская танковая армии добились решающего перелома в наступлении: части и соединения вышли на западную и северо-западную окраины Киева и постепенно продвигались к центру города. Вечером Ватутин отправил подробное донесение Сталину, в котором говорилось:
«Для непосредственной обороны Киева противник сосредоточил шесть пехотных дивизий (68, 75, 82, 88, 223 и 323 пд) с частями усиления — 385 учебный батальон, 101 и 109 артполки РГК, 1 учебный минометный полк тяжёлых метательных аппаратов, 618 дивизион ПТО, 202 дивизион штурмовых орудий, 11 и 12 отдельные штурмовые роты. С начала нашего наступления в район Киева противник подтянул 5 и 7 танковые дивизии (с общим количеством до 150—170 танков) и 20 моторизованную дивизию из резерва.
Против ударной группы 60-й армии противник имел шесть пехотных дивизий (183, 208, 217, 291, 327 и 340 пд) с частями усиления — 231 артполк и 276 дивизион штурмовых орудий РГК и 4.11.43 г. подтянул 8 танковую дивизию (80 танков).