Хотя общие цели наступления армии и фронта были противнику достаточно очевидны, Рыбалко удалось ввести в заблуждение неприятельское командование относительно своих тактических замыслов и реального состояния вверенных ему сил и средств. До самого последнего момента штаб 2-го танкового корпуса СС был уверен, что 3-я танковая армия обладает подавляющим превосходством в танках и постоянно получает свежие подкрепления, благодаря чему может постоянно увеличивать интенсивность боевых действий во всей полосе своего наступления.
Совершенно внезапным оказался рейд 6-го гвардейского кавкорпуса южнее Харькова. Корпус был обнаружен противником вблизи Мерефы и Новой Водолаги как раз в тот момент, когда в эти населенные пункты должны были перемещаться ввиду приближения линии фронта и угрозы обхода штабы 2-го танкового корпуса СС и армейской группы Ланца. Блокирование этого прорыва потребовало от немецкого командования напряжения всех наличных сил и срочного привлечения последних наличных резервов, лишая тем самым всю группировку шансов на удержание города.
Таким образом, несмотря на сосредоточение против армии Рыбалко максимально возможного количества подвижных резервов, имеющих перевес в отдельных видах вооружений (танках и авиации), немецкое командование было вынуждено постоянно отступать, сокращая линию обороны. Именно активные действия
3-й танковой армии обеспечили выполнение задачи операции соединениями фронта — находясь под угрозой глубокого обхода и окружения, вражеская группировка, несмотря на строгий личный приказ главнокомандующего, отказалось от удержания Харькова и его окрестностей, отступив в западном направлении.
Изучение опыта действий 3-й танковой армии в Козельской операции показало, что штатная структура штаба танковой армии, созданная при формировании, не позволяет эффективно управлять войсками в сравнении с управлением полевой (общевойсковой) армии. Для устранения этого недостатка в январе 1943 года штаб армии Рыбалко был переведен на штат полевой армии. Ввиду участия армии в цикле наступательных операций переход на новый штат затянулся и полностью был завершен лишь к концу марта. При этом сказывался недостаток подготовленных для штабной работы офицеров. Отрицательно сказались на работе штаба и многочисленные кадровые перестановки, происходившие в этот период. Так, с 14 января по 24 февраля 1943 года на должности начальника штаба армии побывали последовательно пять человек.
В ходе операции штаб армии неоднократно перемещался, следуя за наступающими войсками. При перемещении штаба вперед выбрасывался выносной пункт управления, который, как правило, вынужден был принимать на себя руководство армией, используя радиосвязь, до момента прибытия штаба и организации проводных линий связи. Перемещения штаба почти всегда задерживались ввиду недостатка транспортных средств штатной автороты. Прикомандирование к ней дополнительных автоподразделений решило проблему далеко не полностью.
Управление войсками армии осуществлялось следующим образом:
«
Особую роль в обеспечении связи с вырвавшимися далеко вперед группировками армии, особенно накануне штурма Харькова, сыграли имевшиеся в штатах армии и 6-го гвардейского кавкорпуса звенья связных самолетов У-2.