После авиационной и артиллерийской подготовки наземные войска перешли в наступление. Уже в первой половине дня, сломив упорное сопротивление противника, они вклинились в его оборону на пять — семь километров. В сражение были введены 1-я и 5-я гвардейская танковые армии под командованием генерал-лейтенантов М. Е. Катукова и П. А. Ротмистрова. Для поддержки танковых соединений мы выделили 5-й штурмовой авиакорпус и 291-ю штурмовую авиадивизию. Штурмовики, действуя небольшими группами, уничтожали и подавляли артиллерию, танки и живую силу противника, прокладывали путь танковым частям. 202-я бомбардировочная авиадивизия наносила сосредоточенные удары по резервам противника в районах Томаровки и Борисовки.
К исходу дня 1-я танковая армия вышла на восточную окраину Томаровки, а соединения 5-й гвардейской танковой армии продвинулись в район Саенков, Добрая Воля. Благодаря эффективной авиационной поддержке тактическая зона вражеской обороны в течение одного дня была преодолена наземными войсками, а танковые армии получили возможность развивать успех в оперативной глубине.
4 августа войска фронта при поддержке авиации продолжали развивать наступление. С утра штурмовые соединения воздушной армии подавляли артиллерию противника на огневых позициях в районе Новая Глинка, Мощеное, Томаровка. Последующие штурмовые удары они наносили по колоннам противника, отходившим от Томаровки на Гайворон, и по его резервам, двигавшимся от Боромля на Славгородок. Небольшими группами бомбардировщиков и истребителей противник стремился противодействовать нашим войскам, но успеха не имел. Всего за день наша авиация провела двадцать девять воздушных боев, в которых было сбито сорок три самолета противника.
В этот день шестерка истребителей Як-7б под командованием капитана А. В. Ворожейкина, прикрывая наземные войска в районе Раково, Пушкарное, Томаровка, встретилась с двенадцатью бомбардировщиками Ю-87 и десятью истребителями Ме-109. В завязавшемся воздушном бою нашими истребителями было уничтожено восемь вражеских самолетов, из которых четыре сбил лично А. В. Ворожейкин.
5 августа фашисты были вынуждены оставить Белгород. В этот день Москва впервые салютовала воинам-победителям.
С большим подъемом встретили авиаторы приказ Верховного Главнокомандования, затаив дыхание слушали по радио залпы орудий.
— Нам салютует Родина! Будем достойны высокой оценки нашего ратного труда! — говорили летчики и новыми боевыми делами отвечали на оказанное им внимание.
Немецкое командование, стремясь во что бы то ни стало сорвать наступление, сосредоточивало крупные силы в районах Богодухова и Ахтырки. Воздушная разведка своевременно вскрыла накапливание войск противника. Это помогло командованию фронта принять необходимые меры. Летчики усилили удары по подходившим резервам. В результате противник так и не смог сосредоточить и организованно ввести в действие ахтырскую и богодуховскую группировки.
При отражении войсками фронта контрудара в районе Богодухова 5-й штурмовой, 10-й истребительный авиакорпуса, 208-я ночная бомбардировочная и 291-я штурмовая авиадивизии произвели более тысячи трехсот самолето-вылетов и нанесли противнику значительный урон в танках и живой силе. Весьма эффективна была помощь авиации и при отражении контрудара противника в районе Ахтырки. Враг понес тяжелые потери.
В то время когда войска Воронежского фронта, отражая вражеские контрудары, громили танковые соединения противника в районах Богодухова и Ахтырки, войска Степного фронта развернули бои на подступах к Харькову. Освобождением Харьковского промышленного района 23 августа 1943 года блестяще завершилось контрнаступление наших войск.
В контрнаступлении на белгородско-харьковском направлении авиация сыграла важную роль. Соединения 2-й воздушной армии произвели около восемнадцати тысяч самолето-вылетов. В пятистах семидесяти двух воздушных боях наши летчики сбили пятьсот восемьдесят семь самолетов противника.
Наземные войска высоко оценили помощь авиации в прорыве оборонительной полосы и развитии успеха. Наиболее напряженные боевые действия вела 291-я Воронежская штурмовая авиадивизия. Взаимодействуя с 5-й и 6-й гвардейскими, 40, 27, 4-й гвардейской армиями и 5-м гвардейским отдельным танковым корпусом, летчики этого соединения успешно прокладывали дорогу танкистам.