Показательна характеристика, данная Ивану Христофоровичу начальником штаба фронта генералом П. И. Бодиным: «Порученное дело оперативного руководства в штабе фронта выполняет с большой ответственностью. Внимательно следит за ходом борьбы на боевых рубежах, своевременно обращая внимание командования на особенность обстановки для принятия больших и малых решений».
В декабре 1941 г. Баграмян исполнял обязанности начальника штаба ударной группы под командованием Ф. Я. Костенко, предназначенной для новой наступательной операции на северном крыле фронта против елецкой группировки противника. Группа должна была осуществить выход на коммуникации сил вермахта, прорвавшихся на южные подступы к Москве. Времени на разработку наступательной операции практически не было, к тому же штаб испытывал острую нехватку сотрудников. «Пока командными инстанциями утрясался вопрос о направлении главного удара, наш малочисленный штаб трудился не покладая рук. Вычерчивали карту, на которой наглядно отображались задачи соединений и частей на первый и последующие дни наступления, готовили боевые распоряжения войскам, составляли план разведки, набрасывали схему связи с перспективой ее дальнейшего развертывания…. Фактически на подготовку операции отводились одни сутки: вечером 4 декабря было отдано боевое распоряжение на наступление, а с утра 6 декабря оно должно уже начаться. Чтобы тщательно спланировать и обеспечить столь сложную операцию, нашему небольшому штабу, конечно, требовалось куда больше времени», — вспоминал Баграмян условия, в которых приходилось принимать быстрые, но взвешенные решения. Тем не менее спланированная операция была осуществлена и стала частью общего зимнего контрнаступления Красной Армии. Войска правого крыла Юго-Западного фронта продвинулись в целом на 80 — 100 км, освободили свыше 400 населенных пунктов, в том числе города Елец и Ефремов, захватили огромные трофеи, в итоге способствуя успехам соседних фронтов.
27 декабря 1941 г. Баграмян получил очередное воинское звание генерал-лейтенанта. Вскоре он был назначен начальником штаба Юго-Западного направления, который должен был заниматься планированием операций и оперативным руководством боевыми действиями фронтов. В конце декабря началась подготовка нового наступления на Юго-Западном и Южном фронтах по освобождению Донбасса. В результате Барвенково-Лозовской операции во второй половине января 1942 г. войска обоих фронтов продвинулись на 90 — 100 км в глубь территории, занятой противником, и образовали мощный выступ в районе Изюма, угрожая Харькову и донбасской группировке немцев. Однако поставленные задачи в ходе операции не были выполнены полностью, и над советскими войсками, далеко выдвинувшимися вперед, нависла опасность окружения противником. «Вместе с тем нельзя забывать, что речь идет о зиме 1942 года, когда опыта крупных наступательных действий у нас еще не было. Все мы тогда учились, учились в трудной обстановке, при наличии у врага превосходства как в материальных ресурсах, так и в отношении опыта ведения боевых действий в современных для того периода условиях. Такая наука не могла обойтись без ошибок и просчетов. Но мы тогда приобрели очень ценный опыт, который был использован во всех последующих наступательных операциях», — так в мемуарах оценивал Баграмян результат зимнего наступления 1942 г.
И. X. Баграмян в 1944 г.
Из письма жене 25 февраля 1942 г.: «Обо мне не беспокойся и не горюй. Я чувствую себя хорошо и бодро. С работой справляюсь. Работаю начальником штаба у маршала Тимошенко. У нас Членом Военного Совета Никита Сергеевич Хрущев. Работой моей довольны. Прошу вас, пишите почаще, ведь ваши письма для меня — большая радость».
В апреле 1942 г. Баграмян активно участвовал в подготовке весеннего наступления с занятых рубежей в направлении на Харьков. Однако из-за ошибок, допущенных как Верховным командованием, так и штабом Юго-Западного направления, германскому командованию удалось скрытно подготовить и нанести мощные фланговые удары по наступавшим советским войскам, в результате которых войска Юго-Западного фронта потерпели серьезное поражение, а противник получил хорошие стартовые возможности для продвижения далее на Кавказ и Сталинград. После начала немецкого контрудара Баграмян пытался убедить командование в необходимости прекращения наступления на Харьков, но отстоять свое мнение он не смог, и вскоре после харьковской катастрофы был снят с занимаемой должности.