Антонов в начале апреля были вызваны в Воронеж и получили от главкома полную информацию о предстоящем наступлении на Харьков и конкретные задачи войскам фронта для участия в этой операции. Особое внимание при этом маршал Тимошенко уделил вопросам прочного обеспечения правым крылом Южного фронта наступления левого ударного крыла Юго-Западного фронта на харьковском направлении.
По возвращении в свой штаб генерал-лейтенант Р. Я. Малиновский 6 апреля издал оперативную директиву. В ней указывалось, что противник в полосе действия фронта усиливает свою группировку на красноармейском и славянско-краматорском направлениях за счет подвоза пополнения из глубины и переброски сил с других направлений. Делался также очень важный вывод о возможности его активных действий в барвенковском направлении.
Основная задача войск Южного фронта этой директивой была определена так: армии фронта прочно закрепляются на занимаемых рубежах, обеспечивая своим правым крылом наступление войск Юго-Западного фронта на харьковском направлении и левым крылом прикрывая ворошиловградское и ростовское направления.
Обеспечение наступления войск Юго-Западного фронта на Харьков от возможных ударов противника на Барвенково возлагалось на 57-ю и 9-ю армии.
57-й армии (командующий генерал-лейтенант Кузьма Петрович Подлас, член Военного совета бригадный комиссар Андрей Иванович Попенко, начальник штаба генерал-майор Андрей Федорович Анисов) директивой командующего фронтом ставилась задача прочно оборонять южный фас барвенковского плацдарма от Царедаровки до Софиевки протяжением в 80 километров. Эта армия имела в своем составе пять стрелковых дивизий, усиленных тремя артполками РГК и одним отдельным танковым батальоном. Средняя оперативная плотность в обороне равнялась 16 километрам на дивизию. Командный пункт армии располагался в Миролюбовке.
9-й армии (командующий генерал-майор Федор Михайлович Харитонов, член Военного совета дивизионный комиссар Константин Васильевич Крайнюков, начальник штаба генерал-майор Федор Константинович Корженевич) было приказано прочно оборонять южный и юго-восточный фасы барвенковского плацдарма на фронте Софиевка, Кантемировка, Красноармейск, Красный Лиман протяжением 96 километров. В составе армии было семь стрелковых дивизий, одна стрелковая и две танковые бригады, пять артиллерийских полков РГК и два батальона противотанковых ружей. Средняя оперативная плотность в обороне равнялась 13 километрам на дивизию. Командный пункт армии располагался в Каменке, в 30 километрах от линии фронта, а вспомогательный пункт управления в Долгенькой, на 10 километров ближе.
В резерв командующего Южным фронтом был выделен 5-й кавалерийский корпус генерала Иссы Александровича Плиева в составе трех кавалерийских дивизий и одной танковой бригады. Он располагался в полосе 9-й армии, в районе населенных пунктов Бражовка, Курулька, Голая Долина.
От командармов и всех командиров стрелковых дивизий командующий фронтом требовал создать прочную оборону, развитую в глубину, с продуманной системой противотанковой защиты, с максимальным развитием инженерных сооружений, противотанковых и противопехотных препятствий и широким приспособлением к обороне населенных пунктов.
В результате внесения в последующем некоторых изменений в группировку войск Южного фронта к 11 мая, то есть накануне перехода наших войск в наступление на Харьков, в 37, 12, 18-й армиях Южного фронта, прикрывавших ворошиловградское направление, были выведены в резерв командующих по одной стрелковой дивизии, а в 56-й армии, обеспечивавшей ростовское направление,3-й гвардейский стрелковый корпус с одной танковой бригадой.