Погода: ветрено, ненастно.

По замыслу Харьковско-Барвенковской операции с Барвенковского выступа наносила удар 6-я армия (командующий генерал-лейтенант А. М. Городнянский) в направлении Харькова и армейская группа генерал-майора Л. В. Бобкина ― на Красноград. Прикрывали 6-ю армию у южного фаса Барвенковского выступа 57-я армия (командующий генерал-лейтенант К. П. Подлас) и 9-я армия (командующий генерал-лейтенант Ф. М. Харитонов). Со Старосалтовского плацдарма основной удар наносила 28-я армия (командующий генерал-лейтенант Д. И. Рябышев) при поддержке части сил 21-й армии (командующий генерал-майор В. Н. Гордов) и 38-й армии (командующий генерал-майор К. С. Москаленко).

Основной ударной силой 28-й армии были четыре танковые бригады: 57-я, 84-я, 90-я и 6-я гвардейская, в которых насчитывался 181 танк. В соседней 21-й армии в 10-й танковой бригаде и 8-м отдельном танковом батальоне было 48 танков. 38-я армия была усилена 22-м танковым корпусом в составе 105 танков и 20 бронеавтомобилей.

К исходу 11 мая все войска Юго-Западного фронта заняли исходное положение для наступления. В первом эшелоне 21-й армии располагались 175-я, 169-я, 244-я и 13-я гвардейская стрелковые дивизии с тремя танковыми бригадами. Во втором эшелоне армии шли 38-я и 162-я стрелковые дивизии с 6-й гвардейской танковой бригадой. 3-й гвардейский кавалерийский корпус и 34-я мотострелковая бригада составляли подвижную группу армии.

Соседняя 38-я армия вводила в бой на участке прорыва 226-ю, 124-ю и 300-ю стрелковые дивизии с 13-й и 36-й танковыми бригадами, в резерве армии находились два полка 81-й стрелковой дивизии и 133-я танковая бригада.

Ещё один сосед, 21-я армия, вводила в прорыв 76-ю, 227-ю и 293-ю стрелковые дивизии и 10-ю танковую бригаду, а ее резерв составляли два полка 301-й стрелковой дивизии, 1-я мотострелковая бригада и 8-й отдельный танковый батальон.

За два дня до начала операции авиация РККА нанесла авиаудары по Харьковскому железнодорожному узлу, включая тяжелую бомбардировочную авиацию. За день до операции провели несколько авианалетов по аэродромам IV-го авиакорпуса люфтваффе в районе Харькова. Воздействие авиации РККА не ослабло и ночью, всего в эти сутки совершено более 200 самолетовылетов.