Vom 13. bis 27. Januar 1943 nahm die Armee als Teil der Woronescher Front an der Operation Ostrogoschsk-Rossosch teil, bei der im Zusammenwirken mit der 40. Armee die ungarische 2. Armee eingekesselt und weitgehend vernichtet wurde. Ab dem 2. Februar folgte die Teilnahme an der Offensive auf Charkow, dabei ging die Armee in westlicher Richtung über Kupjansk–Waluiki auf Charkow vor. Die Schlacht um Charkow endete jedoch mit einer Niederlage der Roten Armee, die 3. Panzerarmee musste die schon besetzte Stadt im März wieder räumen. Sie ging anschließend in den Bestand der Südwestfront über und wurde im April aufgelöst und ihr Hauptquartier zur Neuaufstellung der 57. Armee verwendet. Mitte Mai 1943 wurde ihre Wiederaufstellung bis zum 5. Juni befohlen, sie wurde unter dem Namen "3. Gardepanzerarmee" im Bereich der Brjansker Front wiederaufgestellt.