В ходе операции 3-я танковая армия понесла тяжелые потери. Вот что по этому поводу отмечалось в документах штаба армии:

«Преодолевая сопротивление противника, части армии вышли в южном направлении до 5000 чел. и в северо-восточном направлении до 3500 чел. 62-я гвардейская стрелковая дивизия вышла, имея без тылов около 2500 чел… 350-я стрелковая дивизия кроме тылов, ранее выведенных из боя, вышла единицами. 17-я бригада войск НКВД вышла в составе свыше 1000 активных штыков и направлена на оборону по восточному берегу р. Северский Донец на участке Старый Салтов, Хотомля. 303-я и 19-я стрелковые дивизии имеют свыше 1000 активных штыков».

В 48-й гвардейской стрелковой дивизии осталось всего 200 активных штыков. Войска армии потеряли 175 45-мм противотанковых пушек, 362 орудия, 845 минометов, 30 37-мм зенитных пушек. Общие безвозвратные потери танков с 14 января по 12 марта 1943 г. составили 293 боевые машины.

Генерал П.С. Рыбалко, оценивая итоги операции, отмечал:

«В ходе напряженных боевых действий, особенно если операции следуют одна за другой, не должно увлекаться «войной до последнего солдата». Необходимо после одной-двух наступательных операций делать на выгодных рубежах и в соответствующей обстановке оперативные паузы для приведения частей в порядок, для их перегруппировки, для отдыха уставших войск, для принятия и освоения вливающегося пополнения, для подтягивания и налаживания службы тыла. Такие паузы с закреплением на достигнутых рубежах необходимы и для организации активной обороны против новых и свежих контратакующих сил противника, уничтожая их авиацией на дальних подступах. В необходимых случаях, исходя из обстановки, продолжать преследование противника незначительными резервами.

С выходом на рубеж Валки, Новая Водолага все элементы обстановки настоятельно диктовали переход армии к обороне, хотя бы временно, так как противник показал свою стойкость и упорство, подбросил свежие силы, а войска армии в беспрерывных упорных боях были ослаблены. Став на оборону, армия имела бы время сделать оборонительные рубежи неприступными, во-вторых, измотав контратакующего противника, перейти к дальнейшему наступлению и выполнению дальнейшей операции. В этом случае вряд ли и Харьков был бы сдан противнику обратно».

17 марта Военный совет 3-й танковой армии направил Военному совету бронетанковых и механизированных войск Красной Армии рапорт, в котором говорилось:

«3-я танковая армия в составе 12-го, 15-го танковых корпусов, 179-й отдельной танковой бригады, 48-й гвардейской стрелковой дивизии, 184-й стрелковой дивизии и других штатных частей и соединений в составе Воронежского фронта участвует в боевых операциях с 8 января 1943 г. беспрерывно.

За этот период армия в целом прошла от станции выгрузки до района сосредоточения 200 км и, ведя наступательные бои, 800 км. Всего армия прошла 1000 км по кривой, освободила территорию страны с востока на запад на глубину 300 км в полосе шириной 50–90 км.

Армия успешно провела Россошанско-Валуйскую и Харьковскую операции. За время обеих операций армией освобождены города Харьков, Россошь, Чугуев, Валуйки, Люботин, Валки, Мерефа, до 35 районных центров и несколько тысяч населенных пунктов Воронежской области и УССР. За время обеих операций армия захватила 54 000 пленных солдат и офицеров противника, уничтожила более 65 000 солдат и офицеров противника, разгромила не менее 13 дивизий противника.

На протяжении всех боевых действий все части и соединения армии дрались с исключительным упорством и успешно выполняли поставленные боевые задачи с значительно меньшими потерями по сравнению с противником.