Значительную помощь в сборе данных о противнике и в проведении разведывательных операций оказывали местные жители и выходящие на соединение с наступающими войсками партизанские отряды.
В условиях стремительно развивающегося наступления особое значение приобретали действия авиаразведки, обеспечиваемые вылетами самолетов 2-й воздушной армии. Ввиду сильного противодействия ПВО и истребителей противника в дневное время значительную часть этой работы осуществляли бомбардировщики-ночники По-2 и Р-5. Во многих случаях данные авиаразведки доставлялись непосредственно наступающим соединениям путем сброса вымпелов самолета-ми-разведчиками. Большое значение для организации наступления имели аэрофотоснимки участков обороны противника, особенно рубежа по реке Северский Донец.
Получаемые разведподразделениями данные обрабатывались в штабе армии и докладывались в разведотдел штаба фронта (см приложение 2).
В целом благодаря комплексу разведывательных действий штабу 3-й танковой армии удалось вскрыть состав сил и средств противостоящей группировки противника, систему и характер его обороны, выдвижение резервов и комплекс мероприятий по противодействию наступлению армии. Благодаря полученным данным штаб армии Рыбалко и штаб Воронежского фронта могли оперативно реагировать на предстоящие изменения обстановки, что и обеспечило в конечном итоге выполнение и армией, и фронтом поставленной задачи по освобождению города Харьков и Харьковского промышленного района.
В то же время серьезным упущением в работе разведки как армии, так и фронта следует признать тот факт, что они не сумели своевременно обнаружить оставление войсками 2-го танкового корпуса СС позиций в городе и его окрестностях с целью прорыва из намечавшегося кольца окружения.
В условиях действий танковой армии в оперативной глубине особое значение приобретало обеспечение ее флангов и стыков с соседними соединениями. Ставка ВГК и Генеральный штаб Красной Армии, основываясь на опыте 1941–1942 годов, неоднократно обращали внимание командиров и штабов всех уровней на уязвимость этих участков боевых порядков частей и соединений, а также на стремление противника использовать именно эти ослабленные участки для организации наступления и контрнаступления. Особо подчеркивалась их важность для маневренных соединений, пренебрежение обеспечением флангами которых угрожало риском быть отрезанными от своих войск и попасть в окружение. В частности, большое внимание освещению этого вопроса было уделено в новом Боевом Уставе пехоты (БУП-42), созданном в конце 1942 года с учетом опыта войны.
При разработке плана операции штаб 3-й танковой армии уделил много внимания отработке обеспечения флангов и взаимодействию с соседними соединениями. Так, правый, северный фланг обеспечивался резервом командарма — 184-й стрелковой дивизией, 179-й отдельной танковой бригадой и 1245-м истребительно-противотанковым артполком. Обеспечение стыка с соседом справа — 69-й армией в лице 180-й стрелковой дивизии — возлагалось на правофланговую 48-ю гвардейскую стрелковую дивизию, а затем на 184-ю дивизию. Левый фланг обеспечивался рокировкой на него главной ударной и маневренной силы армии — двух танковых и кавалерийского корпусов с последующим наступлением их вдоль южной разграничительной линии армий. Поддерживать непосредственный контакт с левым (южным) соседом — 350-й стрелковой дивизией 6-й армии — должна была левофланговая 111-я стрелковая дивизия.
Развитие событий показало правильность и прозорливость решения командарма. 5 февраля 1943 года противник силами 2-го танкового полка СС (до 30 танков) и 4-го панцергренадерского полка СС «Дер Фюрер» нанес контрудар на направлении Белый Колодезь — Великий Бурлук в стык между 3-й танковой и 69-й армиями. Навстречу контратакующим был немедленно брошен резерв командарма, который во взаимодействии с 180-й дивизией 69-й армии блокировал действия противника, нанеся ему ощутимые потери.
О значении, которое придавал штаб армии действиям на флангах, говорит тот факт, что для руководства отражением контратаки у Великого Бурлука и координации действий с соседом справа был направлен заместитель командующего армией генерал-майор Е. Е. Белов.