Главный удар с барвенковского выступа предстояло нанести силами группировки войск в составе 6-й армии генерала А.М. Городнянского, наступавшей непосредственно на Харьков с юга, и армейской оперативной группы генерала Л.В. Бобкина, наносившей обеспечивающий удар на Красноград. В резерве командующего Юго-Западным фронтом на направлении главного удара находились две стрелковые дивизии и кавалерийский корпус. Всего в составе этих объединений должно было наступать 10 стрелковых и 3 кавалерийские дивизии, 11 танковых и 2 мотострелковые бригады.
Правее Юго-Западного фронта предполагалось перейти в наступление войскам Брянского фронта с целью разгрома орловской группировки врага. Однако это наступление Ставка впоследствии отменила.
Во вторую ударную группировку входили 28-я армия генерала Д.И. Рябышева и примыкавшие к ней фланговые соединения 21-й и 38-й армий, которыми командовали генералы В.Н. Гордов и К.С. Москаленко. В общей сложности она насчитывала 18 стрелковых и 3 кавалерийские дивизии, 7 танковых и 2 мотострелковые бригады. Эти войска должны были нанести вспомогательный удар из района Волчанска в обход Харькова с севера и северо-запада навстречу наступавшей с юга главной ударной группировке.
Обеспечение левого фланга главной группировки Юго-Западного фронта от возможных yдapoв противника с юга возлагалась на войска 57-й и 9-й армий (командующие – генералы К.Л. Подлас и Ф.М. Харитонов) Южного фронта (стрелковых дивизий – 11, стрелковых бригад – 1, танковых бригад – 2), занимавших южный фас барвенковского выступа, которые должны были организовать глубоко эшелонированную оборону. В резерве командующего Южным фронтом генерала Р.Я. Малиновского на этом направлении находился кавалерийский корпус в составе трех дивизий. Следует отметить, что войска Южного фронта были весьма малочисленны. К тому же по приказу главкома юго-западного направления из дивизий этого фронта было изъято по 500 человек для усиления ударной группировки Юго-Западного фронта, наступавшей на Харьков.
Несмотря на то что к Харьковской наступательной операции привлекалось в общей сложности 28 дивизий, добиться заметного численного перевеса над противником не удалось, так как укомплектованность их была сравнительно невысокой (в среднем не более 8–9 тыс. человек; дивизии же 6-й немецкой армии насчитывали по 14–15 тыс. человек).
Особенностью управления в этой операции являлось совмещение функций командования юго-западного направления с функциями командования Юго-Западного фронта. При этом пункты управления были значительно удалены от войск. Командные пункты армий находились в 30–70 км от линии фронта, штабы дивизий в 4 км, а иногда в 8–10 км [55] . Конечно, при таком подходе рассчитывать на оперативность, устойчивость и надежность управления войсками в наступлении не приходилось.
В ходе подготовки стали проявляться слабая организация и низкая эффективность управления. Из 32 артиллерийских полков РГК, выделенных Юго-Западному фронту для усиления, к началу операции только 17 заняло огневые позиции. Одиннадцать полков находились в 12–15 км от огневых позиций, а четыре вообще не прибыли. Обеспеченность артиллерии боеприпасами была неудовлетворительной. Из положенных 5,5 боекомплекта к началу операции в войсках было накоплено 1,5 боекомплекта и на фронтовых складах 0,3 боекомплекта [56] .
28 апреля С.К. Тимошенко подтвердил ранее принятое решение. В соответствии с его директивой войска Юго-Западного фронта, используя захваченные плацдармы на правом берегу Северского Донца северо-восточнее и юго-восточнее Харькова, должны были двумя охватывающими ударами разгромить харьковскую группировку немцев, овладеть районом Харькова и тем самым сорвать подготовку наступления противником в этом районе [57] .
Генеральный штаб предпринимал ряд мер по укреплению оборонительных рубежей. К этой работе были привлечены 6, 7, 8-я саперные армии, 23, 24 и 25-го управлений оборонительного строительства, части инженерных войск Красной Армии, войска Южного и Юго-Западного фронтов. От них требовалось активизировать строительство рубежей обороны. Рабочий день был увеличен до 14 часов [58] .