В целом в ходе Харьковской наступательной операции танковые соединения 3-й танковой армии, несмотря на все неблагоприятные факторы, справились со своей задачей — ведением наступления в оперативной глубине обороны противника и захватом стратегически важного пункта. Ими был наработан ценнейший опыт для совершенствования как тактики применения крупных танковых объединений, так и их организационно штатной структуры.
Хотя танковые армии смешанного состава и предназначались для самостоятельного прорыва обороны противника, огневой мощи их артиллерийских подразделений было недостаточно. Так, 122-мм гаубицы имелись только в составе стрелковых дивизий (8 орудий по штату в обычной стрелковой дивизии и 12 — в гвардейской). В непосредственном подчинении командарма находился только 1172-й легкий (20 76-мм орудий) и 1245-й истребительно-противотанковый (20 орудий) полки и 62-й полк гвардейских минометов (24 установки М-8 по штату). Поэтому, к началу Острогожско-Россошанской операции армия получила дополнительные артиллерийские средства усиления: 97-й полк гвардейских минометов (установки М-8 и М-13), 15-ю тяжелую бригаду гвардейских минометов (288 пусковых рам М-30 по штату) и 8-ю артиллерийскую дивизию прорыва Резерва Главного командования.
Артиллерийские дивизии прорыва РГК были принципиально новыми соединениями, которые начали формироваться в ноябре 1942 года. Их появление было вызвано необходимостью создания мощных мобильных артиллерийских группировок, способных взламывать подготовленную оборону противника на участках прорыва, а затем сопровождать наступающие войска, концентрируя высокую огневую мощь на контратакуемых участках или узлах обороны. 8-я дивизия включала в себя 38-й и 129-й пушечные артполки (соответственно 18 152-мм и 18 122-мм гаубиц-пушек), 138-й, 206-й и 265-й гаубичные полки (по 20 122-мм гаубиц), а также 288-й и 368-й легкие (противотанковые) артполки (по 24 76-мм орудия). Дивизия была хорошо оснащена тягачами и автомобилями, обеспечивавшими ей высокую мобильность. Ставка ВГК и ГАУ Красной армии пристально следили за использованием артиллерийских дивизий и совершенствовали их организационно-штатную структуру и тактику применения, исходя из накопленного боевого опыта. Так, в середине февраля в дивизиях было введено бригадное звено. В 8-й ад РГК были сформированы управления 2-й легкой, 28-й гаубичной и 12-й пушечной артиллерийских бригад.
Ещё в ходе проведения Острогожско-Россошанской операции после выполнения артиллерийскими и минометными частями соединениями организации артиллерийского наступления и прорыва обороны противника было принято решение усилить их частями наступающие группировки 3-й танковой армии. В условиях ведения маневренных действий при необходимости борьбы с очаговой обороной противника в укрепленных населенных пунктах такое решение было вполне оправданным. Было оно сохранено в силе и при подготовке операции «Звезда». При этом стрелковые дивизии усиливались тяжелой артиллерией и «катюшами» (48-я сд — 265-м гап и 293-м огмд, 62-я сд — 138-м гап и 315-м огмд, 160-я сд — 206-м гап, 294-м и 318-м огмд), а танковые корпуса — противотанковыми полками (15-й танковый корпус — 368-м артполком, с 12-м танковым корпусом действовал 1172-й лап). 6-й гвардейский кавалерийский корпус, имевший в своем составе 161-й минометный полк, 20-й кавалерийский артдивизион и 7-й отдельный истребительно-противотанковый дивизион, получил 288-й артполк и два огмд — 388-й и 390-й. Оба пушечных артполка 8-й артдивизии, составляя армейскую группу дальнего действия (АДД), оставались в резерве командарма для использования на направлении решающего удара.
Использование огневых средств 15-й тгмбр в условиях маневренных действий осложнялось их малоподвижностью и необходимостью длительной подготовки к открытию огня. Тем не менее части гвардейских минометов, как этой бригады, так и 62-го и 97-го гмп, оказали существенную поддержку наступающим войскам армии при штурме укрепленных противником населенных пунктов, где их огонь был особенно эффективен.
Большое внимание при подготовке наступления штаб армии уделил противотанковой обороне. Во всех частях и группировках создавались противотанковые резервы. В стрелковых дивизиях и танковых бригадах — за счет штатных средств истребительно-противотанковых дивизионов и батарей, в танковых корпусах — за счет приданных артполков. Резервом командарма был 1245-й иптап.
Всего к началу операции 3-я танковая армия имела в своем составе 1223 миномета разных калибров, 139 противотанковых орудий, 266 -76-мм орудий, 166— 122-мм гаубиц, 17 — 152-мм пушек, а также 1353 ПТР. В частности, огневые средства в стрелковых и танковых соединениях армии распределялись следующим образом: