Тем не менее быстрое развитие наступления и недостаток транспортных средств привели к тому, что основная масса армейской и приданной артиллерии усиления отстала не только от танковых и механизированных соединений танковых армий и корпусов, но и от войск первого эшелона общевойсковых оперативных объединений. В результате, когда СтепФ оказался перед необходимостью прорывать заранее подготовленную позиционную оборону противника на подступах к Харькову, армиям фронта потребовалась оперативная пауза для подтягивания артиллерии. Допущенная задержка благоприятствовала немцам, использовавшим это время с целью организации обороны, перегруппировки сил, переброски резервов и подкреплений.
В полосе ВорФ отставание артиллерии не менее негативно сказалось на развитии операции, поскольку вырвавшиеся вперед войска 1-й танковой и 5-й гвардейской армий должны были отражать контрудар немецких танковых дивизий на Богодуховском направлении без достаточной поддержки со стороны противотанковых артиллерийских частей и артиллерии усиления. 13 августа командование ВорФ приняло меры для подтягивания к месту вражеского прорыва резервов 6-й и 5-й гвардейских армий, а также основной части их армейской и дивизионной артиллерии. Однако, по мнению Г. Колтунова и Б. Соловьева [1136] , затяжной, упорный характер борьбы по отражению контрудара танковых дивизий противника на Богодуховском направлении был в значительной степени обусловлен именно тем, что с выдвижением танковых армий ВорФ в глубину вражеской обороны взаимодействие между ними и артиллерией общевойсковых армий нарушилось, так как вместе с пехотой общевойсковых армий отставала и их артиллерия. Вследствие этого танковые армии вынуждены были в течение нескольких дней действовать самостоятельно и понесли излишние потери в танках, противотанковой артиллерии, в личном составе. При отражении контрудара противника в боевых порядках 1-й и 5-й гвардейской танковых армий было мало артиллерии крупного калибра, способной своим огнем поражать танки противника на дальнем расстоянии. Это привело к тому, что в первые дни тяжелые немецкие танки имели возможность, подойдя к переднему краю обороны на 2,5–3 км, вести огонь прямой наводкой по танкам и противотанковым орудиям, оставаясь недосягаемыми для их пушек, имевших меньшую дальность прямого выстрела. В связи с этим большую роль в отражении ударов танковых дивизий врага сыграла полевая реактивная артиллерия, накрывавшая своими залпами районы сосредоточения немецких танков.
С другой стороны, в Белгородско-Харьковской наступательной операции обращает на себя внимание крайне низкий в целом уровень безвозвратных потерь советской стороны по артиллерии, относительно общей величины задействованной в сражении артиллерийской группировки, – около 1,8 процента (423 из 23,3 тыс. орудий и минометов). В Курской оборонительной операции данная величина составляла свыше 14,5 процента (3,93 из 27 тыс. орудий и минометов), а в Орловской наступательной операции – приблизительно 3 процента (892 из 29,9 тыс. орудий и минометов). При этом потери артиллерии советских войск за весь 1943 год составили 10,6 процента от общего количества орудий и минометов, находившихся в течение года на вооружении действующей армии (с учетом реактивной артиллерии) [1137] . По-видимому, благодаря отставанию артиллерийских частей снижались и потери артиллерийских средств.
Относительно действий авиации советские ВВС добились основных результатов своей боевой работы в начале операции, то есть тогда, когда им практически не препятствовал противник. Так, за время с 3 по 8 августа советские 2, 5 и 17-я воздушные армии произвели свыше 13 тыс. самолето-вылетов (в среднем более 2 тыс. самолето-вылетов в день), из которых до 8 тыс. самолето-вылетов было осуществлено с целью уничтожения живой силы и техники противника на поле боя в интересах наземных войск [1138] . При этом 5-я ВА совершила 4924 самолето-вылета в первые четыре дня сражения, что составило около 33,6 процента от общего количества вылетов за 21 день операции [1139] .
При этом, по мнению В. Горбача [1140] , несмотря на опыт, полученный в ходе Орловской наступательной операции, командованию советских ВВС не удалось решить задачу по изоляции района наступления 1-й и 5-й гвардейской танковых армий от притока вражеских резервов и подкреплений. Удары по вражеским коммуникациям, организованные с 4 августа частями и соединениями 17-й ВА, чтобы воспрепятствовать переброске войск противника из состава немецких 1-й танковой и 6-й армий, оказались малоэффективными вследствие недостаточности задействованных сил. Действия советской авиации по коммуникациям ГА «Юг» стали более или менее планомерными только в тот момент, когда немецкие танковые дивизии уже вышли из Донбасса и с Изюм-Барвенковского направления в район северо-западнее Харькова, образовав там новую линию обороны. После этого дальнейшее развитие боевых действий на Богодуховском направлении было отмечено активизацией боевой работы германской авиации, обеспечивавшей ежедневно в среднем около 1 тыс. самолето-вылетов. Одновременно германское командование усилило истребительную авиацию в районе Богодухова, что позволило немцам завладеть здесь инициативой в воздухе и усилиями летчиков-экспертов практически лишить боеспособности советский 10-й иак. Со своей стороны в период кризиса под Богодуховом командование ВорФ и 2-й ВА распылило свои силы, стремясь обеспечить развитие наступления по разным направлениям, хотя имеющихся возможностей для этого явно не хватало в связи с относительно небольшим боевым составом 2-й ВА. В течение семи суток, когда происходило отражение контрудара немцев на Богодухов, 2-я ВА произвела 3722 самолетовылета, из которых в районе вражеского контрудара всего 1340, поскольку значительная часть усилий воздушной армии была направлена на выполнение другой задачи – поддержку наступления 40-й и 27-й армий и срыв сосредоточения группировки противника на Ахтырском направлении [1141] .
Всего с 3 по 25 августа 2-я ВА обеспечила 15 027 самолето-вылетов (в том числе более половины – 8744 – было выполнено по боевым порядкам войск противника, а 3156 и 2570 соответственно – на прикрытие наземных войск и ударной авиации); 5-я ВА с 3 по 23 августа организовала 12 172 самолето-вылета [1142] . Таким образом, в ходе Белгородско-Харьковской наступательной операции советская фронтовая авиация совершила около 27 тыс. самолето-вылетов. В этот же период германская авиация 4-го ВФ совершила примерно 20 тыс. самолето-вылетов в полосе боевых действий немецкой 4-й ТА и оперативной группы «Кемпф» (8-й полевой А). Однако, несмотря на превосходство по числу самолето-вылетов за счет большего количества машин, эффективность боевой работы советской авиации оставалась на низком уровне.
С точки зрения В. Горбача [1143] , в операции «Полководец Румянцев» ситуация для советской авиации постепенно изменялась к худшему аналогично развитию обстановки в ходе сражений на других фронтах – 4-й ВФ немцев получил значительное усиление группами истребителей и бомбардировщиков, что позволило германскому командованию активно вести борьбу в воздухе и наносить сосредоточенные удары по войскам Степного и Воронежского фронтов. Согласно отчету, подготовленному командованием 1-й ТА ВорФ [1144] , на всем протяжении операции исключительно плохо работала авиация взаимодействия: истребительная авиация, как правило, по вызову являлась с большим опозданием, а если появлялась на поле боя в период нахождения там авиации противника, то в большинстве случаев от боя уклонялась; прикрытие осуществлялось главным образом не частей переднего края, а глубины, тогда как противник основной удар бомбардировщиками наносил по передовым частям; прибытие штурмовиков по времени совершенно не соответствовало темпам наступления подвижных соединений – возможность появления штурмовиков над полем боя как минимум через полтора часа после подачи заявки часто заставляла отказаться от нее, так как за это время обстановка могла резко измениться и тогда штурмовики могли бить по своим войскам, что они на протяжении операции неоднократно и делали. Кроме того, начиная с 12 августа, когда ГА «Юг» перешла к активным действиям в районе Богодухова, значительно активизировались действия немецкой истребительной авиации, нанесшей в ходе боев 12–16 августа тяжелые потери истребителям 2-й ВА. Организация и тактика боевых действий истребительных частей советских ВВС требовали улучшения, а практика воздушных боев показала, что летная и огневая подготовка большей части советских пилотов недостаточны для успешного противоборства с немцами.