57-я армия, занимая оборону на фронте в 80 км, имела в первом эшелоне 150, 317, 99 и 351-ю стрелковые дивизии, усиленные тремя артиллерийскими полками РГК. В резерве армии находилась 14-я гвардейская стрелковая дивизия. Средняя оперативная плотность войск первого эшелона в полосе обороны 57-й армии составляла 20 км на одну дивизию при 4,6 орудия и миномета на один км фронта. Командный пункт армии находился в Миролюбовке, на удалении 20 км от линии фронта.
9-я армия, продолжая перегруппировку на своем левом фланге, занимала оборону на фронте в 96 км частями 341, 106, 349 и 335-й стрелковых дивизий. В районе Маяки 51-я стрелковая дивизия заканчивала смену 30-й кавалерийской дивизии и частей 333-й стрелковой дивизии. Один полк 333-й дивизии (1116-й) после смены его 51-й стрелковой дивизией находился на марше и следовал в состав дивизии в район Барвенково. Второй полк (1120-й) еще не был сменен и занимал оборону на участке западнее Маяки. Третий полк (1118-й) и 34-я кавалерийская дивизия располагались на рубеже Барвенково, Никополь, Петровка. 78-я стрелковая бригада одним батальоном оборонялась на правом берегу реки Сев. Донец в районе севернее Маяки. Восточнее Маяки бригада имела небольшой плацдарм. Главные силы бригады занимали оборону на левом берегу реки Сев. Донец, примыкая к флангу 37-й армии. Командный пункт армии размещался в Каменке, на удалении 30 км от линии фронта.
Средняя оперативная плотность войск 9-й армии, при наличии в составе первого эшелона армии пяти стрелковых дивизий, одной стрелковой бригады и пяти артиллерийских полков РГК, равнялась 19 км на одну стрелковую дивизию и девяти орудиям и минометам на один км фронта.
Кроме того, в полосе армии располагался 5-й кавалерийский корпус (60, 34, 30-я кавалерийские дивизии) и 12-я танковая бригада, составлявшие резерв командующего Южным фронтом. С учетом этих сил оперативная плотность в полосе 9-й армии составляла 10 км на одну дивизию, а артиллерийская плотность возрастала до 11–12 орудий и минометов на один км фронта.
На стыке Юго-Западного и Южного фронтов в районе Надеждовка, Мечебиловка, Шатово сосредоточился 2-й кавалерийский корпус (38, 62 и 70-я кавалерийские дивизии), составлявший резерв Главнокомандующего Юго-Западным направлением.
К 5 часам 17 мая войска левого фланга 9-й армии и фронтового резерва не закончили перегруппировки. Часть войск находилась в движении в новые районы сосредоточения и надежной связи со штабами армии и фронта не имела.
Как указывалось выше, на фронте 57 и 9-й армий оборона строилась по системе опорных пунктов и узлов сопротивления, слабо оборудованных в инженерном отношении и не подготовленных к противотанковой обороне. Боевые порядки дивизий не эшелонировались, полки занимали оборону по фронту в одном эшелоне. Вторые эшелоны и резервы в дивизиях отсутствовали. Глубина подготовленной обороны не превышала 3–4 км.
Таким образом, построение войск 57 и 9-й армий в обороне и слабое инженерное оборудование местности не обеспечивали жесткой обороны на этом участке фронта. Кроме того, командующие этих армий расценивали действия немцев как оборонительные. Возможность наступления противника против барвенковского плацдарма в ближайшее время исключалась.
Вследствие того, что советские войска упредили противника в подготовке и развертывании наступления, немецкое командование было вынуждено все силы своей ударной группировки, намечавшиеся к сосредоточению в чугуевском выступе, направить на борьбу с северной, и частично с южной ударными группировками Юго-Западного фронта. Для борьбы с северной группировкой была привлечена также значительная часть войск, оборонявших чугуевский выступ. В общей сложности эти силы составляли до трех пехотных (71, 305-я и два полка 44-й) и две танковые (3 и 23-я) дивизии.
Однако этими мероприятиями оперативные возможности противника не исчерпывались. В обстановке, сложившейся к 16 мая, немецкое командование не могло рассчитывать на скорое высвобождение войск своей северной группировки для участия в наступлении против барвенковского плацдарма. Но, располагая крупными силами перед южным фасом барвенковского плацдарма, оно приняло решение сорвать наступление южной группировки Юго-Западного фронта контрударом в общем направлении на Изюм с юга.