Воевать по-настоящему генерал-лейтенант Рыбалко начал только в январе 1943 года, когда его 3-я танковая армия приняла участие в составе Воронежского фронта в Острогожско-Россошанской наступательной операции, Харьковской наступательной и Харьковской оборонительной операциях. В ходе последней операции армия частично попала в окружение, понесла большие потери, особенно в технике, и 16 апреля 1943 года была переименована в 57-ю армию.