Директивой от 6 сентября 1943 года в состав армии был включен 9-й механизированный корпус (командир — генерал-майор танковых войск К. А. Малыгин, заместитель по политчасти — начальник политотдела — полковник Г. В. Ушаков, начальник штаба — полковник П. В. Кульвинский).
В мехкорпус входили 69, 70-я и 71-я механизированные бригады, 47-й и 59-й гвардейские танковые, 1823-й самоходно-артиллерийский, 616-й минометный, 386-й истребительно-противотанковый артиллерийский и 1719-й зенитно-артиллерийский полки, 396-й истребительно-противотанковый артиллерийский дивизион, 100-й мотоциклетный, 54-й бронеавтомобильный, 82-й саперный, 148-й ремонтно-восстановительный и 56-й медико-санитарный батальоны, 999-й батальон связи, 20-й полевой хлебозавод, 183-я рота химической защиты и авиазвено связи.
На 19 сентября в 3-й гвардейской танковой армии насчитывалось 39 716 человек, 686 танков и САУ, 154 бронемашины, 524 мотоцикла, 582 орудия и миномета (вместе с зенитными), 763 противотанковых ружья. Из них в 9-м мехкорпусе насчитывалось 13 811 человек, 206 танков и САУ, 267 орудий и минометов.
Также 3-й гвардейской танковой армии был оперативно подчинен 1-й гвардейский кавалерийский корпус, который пробыл в 3 гв. ТА недолго — 27 сентября его вывели в резерв фронта.
Командующий Воронежским фронтом не ошибся в прогнозах. С введением в бой в направлении н/п Переяславль-Хмельницкий подвижной группы темп наступления правого крыла и центра Воронежского фронта резко возрос. Войска выходили к Днепру в полосе шириной до 70 километров. Впереди главных сил 3-й гвардейской танковой армии на расстоянии 40 километров двигался передовой отряд танков и мотострелков, проходя в сутки по 75 километров. Вечером 22 сентября 51-я танковая бригада вышла к Днепру в районе Ржищева и Великого Букрина.
Не обманул командующего и командарм 40-й армии Москаленко. В эту же ночь передовой отряд 309-й стрелковой дивизии генерала Д. Ф. Дремина вышел к Днепру у Переяславля-Хмельницкого. Через несколько дней соединения 38-й армии генерал-лейтенанта Н. И. Чибисова захватили плацдарм до 8 км по фронту и до 1 км в глубину в районе Лютежа. Кроме того, этой же армии пришлось ликвидировать уже немецкий плацдарм в районе Дарницы (пригорода Киева на левом берегу Днепра). На нем оборонялось семь германских дивизий. К концу месяца войска Воронежского фронта захватили девять небольших плацдармов севернее и южнее Киева, в том числе лютежский и букринский. Последний был самый большой (16 км по фронту и 6 км в глубину).
