Оцінивши обстановку, сили своїх військ і військ противника, командування 1-го Українського фронту спланувало нанесення відразу двох головних ударів і прорив фронту оборони групи армій „Північна Україна” на двох напрямах. Перший удар планувалось нанести з району Торчин - Горохів в загальному напрямі на Сокаль, Раву-Руську, а другий , - з району Тернополя на Львів із завданням розгромити Львівське угрупування вермахту і вибити німців зі Львова і Перемишля.

За планом, розробленим штабом фронту, до ударного угрпування, яке повинне було діяти на Луцькому напрямі входили: 3-а гвардійська та 13-та загальновійськові, 1-ша гвардійська танкова армії, кінно-механізована група у складі 25-го танкового і 1-го гвардійського кавалерійського корпусів. Наступ ударного угрупування забезпечувався чотирма авіаційними корпусами 2-ої повітряної армії, загальне командування над якими здійснював заступник командувача армією генерал- майор авіації Сидор Васильович Слюсарєв.

В ударному угрупуванні, яке було зосереджено в районі Луцька, на ділянці прориву шириною 12 км. намічалося зосередити 14 стрілецьких дивізій, 2 танкові, механізований, кавалерійський корпуси і 2 артилерійських дивізії прориву. В результаті цього досягалась перевага над ворогом у живій силі – до 1,3 разів, в танках і артилерії – більш як в 2 рази, в авіації – понад 4. На ділянках прориву армій ця перевага була ще більш істотною: в особовому складі - майже в 5 разів, в гарматах і мінометах - в 6-7 разів, в танках і САУ - в 3-4 рази. На ділянках прориву армій значно, в порівнянні з іншими наступальними опреаціями виросла щільність гармат і мінометів на 1 км. фронту. Так, в 3-й гвардійській армії вона складала 249 гармат і мінометів, а в 13-й – 255. Завдяки такому зосередженню сил, фронт наступу стрілецької дивізії становив до 6 кілометрів, а на ділянках прориву взагалі до 1,1 км, при цьому середньостатистична дивізія групи армій „Північна Україна” оборонялась на ділянці шириною 10-15 км. Оперативна побудова усіх армій фронту була двоешелонною, при цьому,  в другому ешелоні 3-ї гвА знаходилось п’ять стрілецьких дивізій, 13-ї армії – три, а 64-ї та 38-ї армій, які діяли на Львівському напрямку по чотири. 

На напрямках головних ударів було зосереджено понад 90% танків і САУ, які були в розпорядженні фронту (1677 танків і 529 САУ). Разом з тим для дій у складі груп безпосередньої підтримки піхоти було виділено всього 349 танків і САУ, тобто щільність бронеодиниць на 1 км. ділянки прориву становила не більше 14. У подальшому це привело до зниження темпів наступу загальновійськових з’єднань і значних втрат серед особового складу стрілецьких частин.

На Рава – Руському напрямку німецьке командуванняі не чекало наступу значних сил радянських військ, тут оборонялось всього 8 дивізій , з них 2 танкові  перебували в резерві. Складались вигідні умови для завдання раптового потужного удару. Маневр всіма родами військ, особливо танковими і механізованими, забезпечувала і зручна в тактичному відношенні місцевість.

Як і при плануванні Білоруської наступальної операції було розроблено ґрунтовний план оперативного маскування, яким передбачалося імітувати зосередження двох танкових армій і танкового корпусу на лівому крилі фронту, в смугах 1-ої гвардійської і 18-ої армій. Широко використовувались лже-перевезення значних такових сил по залізниці, імітувались райони вивантаження танкових з'єднань та їх марші, в лже – районах зосередження радіоперадачі велись відкритим текстом, підсовуючи німецькому командуванню масовану дезінформацію. В цих же районах масово виготовлялась і розміщувалась значна кількість макетів танків, літаків, гармат, автотракторної техніки. Щоправда, не всі хитрощі вдалися. Німецькій розвідці вдалось розгадати більшість загадок радянського командування (було розкрито розташування і склад загальновійськових армій, що діяли в в першому ешелоні, місця зосередження 1-го і 6-го гвардійських кавалерійських, 25-го і 31-го танкових корпусів та 3-ої гвардійської танкової армії) за винятком перегрупування військ 1-ї гвардійської танкової армії під Горохів та 4-ї танкової армії в район Тернополя.

 Знову ж таки, як це було з Білоруською операцією, Ставка і Сталін спершу заперечували проти нанесення двох головних ударів і пропонували нанесення одного  потужного удару – на Львівському напрямі, але командуючий 1-м Українським фронтом Маршал Радянського Союзу Конєв все-таки відстояв свою точку зору³⁰⁸.

7 липня 1944 року план операції, яка згодом отримала назву Львівсько – Сандомирська, був представлений на затвердження до Ставки. В кінцевому варіанті плану зі змінами, внесеними за пропозиціями Генерального штабу (було враховано досвід невдалих дій 11-го танкового корпусу західніше Ковеля) прорив оборони противника здійснювали стрілецькі з’єднання, а танкові армії та кінно – механізовані групи повинні були вводитись в бій вже після прориву і з метою розвитку наступу, при цьому танкові армії через день, а КМГ через два дні після початку операції³⁰⁹. Вкотре за роки війни техніка і час отримали перевагу над людськими життями. Крім того було наказано зменшити темпи наступу стрілецьких з’єднань до більш реальних (командуванням фронту був розрахований темп наступу в 30-35 кілометрів в добу, а в реальності склав від 8-ми в 38-й до 10-ти в 3-й гвардійській та 60-й, 18-ти в 13-й арміях)³¹⁰.