Несмотря на то что постановление ГКО предусматривало формирование танковых армий однородного состава, первые две армии (1-я и 2-я) были смешанного состава, как и армии, которые формировались в 1942 г. Позже в организационно-штатную структуру танковых армий вносились некоторые изменения, издавались директивы и приказы, касающиеся вопросов их боевого применения.
На практике состав танковых армий был неодинаковым, так как он определялся директивами (приказами) на их формирование, а также имевшимися силами и средствами. В 64 наступательных операциях, проведенных танковыми армиями однородного состава, в 32 случаях они действовали в двухкорпусном составе. Только одна танковая армия (3-я гвардейская) в ходе всей войны имела три корпуса (два танковых и один механизированный). Двухкорпусная организация танковой армии не полностью отвечала сложившимся к 1943 г. принципам ее применения. К концу войны такая организация практически изжила себя, и почти все танковые армии стали иметь по три корпуса.
В некоторых наступательных операциях командующие фронтами для более успешного решения поставленных танковым армиям боевых задач временно включали в их состав дополнительно один-два корпуса. Так, в состав 4-й танковой армии (трехкорпусного состава) в Орловской операции были включены два танковых корпуса, в 5-ю гвардейскую танковую армию (трехкорпусного состава) в Криворожской и Кировоградской операциях – механизированный корпус.
Кроме корпусов в состав танковых армий входили отдельные танковые (механизированные) бригады и танковые полки. В оперативном построении танковых армий они обычно составляли резерв, используемый в ходе операции для развития успеха, усиления корпусов, обеспечения флангов, действий в качестве передового отряда армии и парирования неожиданных ударов.
7 мая 1943 г. вышло постановление № ГОКО-3309сс, которое обязывало командующего БТ и МВ Красной Армии прекратить с 8 мая формирование новых танковых батальонов, полков, танковых и механизированных бригад, танковых и механизированных дивизий корпусов и танковых армий. Пополнение танковых и механизированных частей и соединений на фронте требовалось производить маршевыми ротами.
30 января 1943 г. ГКО принимает постановление «Об обеспечении танковых армий гвардейскими минометными частями». 10 апреля издается приказ наркома обороны о включении в состав танковых армий двух истребительно-противотанковых артиллерийских (по 20 76-мм пушек), двух минометных (по 36 120-мм минометов), двух самоходных артиллерийских (по 9 СУ-76 и 12 СУ-122) полков и гвардейского минометного полка (реактивной артиллерии) – 24 боевые установки М-13. В начале 1944 г. в состав танковой армии вводятся самоходная артиллерийская, легкая артиллерийская бригады (48 76-мм и 20 100-мм пушек), а затем истребительно-противотанковая артиллерийская (72 орудия) бригады и гвардейский минометный полк (24 БМ-13). Кроме того, в двух танковых и механизированном корпусах было свыше 500 орудий и минометов. Несмотря на издание ряда приказов, танковые армии к 1944 г. не получили полностью всех положенных им артиллерийских частей, кроме гвардейского минометного полка. Поэтому приходилось придавать им на усиление 1–2 истребительно-противотанковых артиллерийских, 1–3 гвардейских минометных полка, а иногда и другие артиллерийские части.
Возможности средств ПВО танковой армии были сравнительно ограниченными. Они первоначально имели один-два зенитно-артиллерийских полка (в полку по 16 37-мм зенитных пушек и 16 12,7-мм зенитных пулеметов), что позволяло прикрыть лишь армейские пункты управления. Согласно приказу наркома обороны от 10 апреля 1943 г. в состав танковых армий были включены два зенитных артиллерийских полка (по 16 37-мм пушек и 16 ДШК). С середины этого года армия стала получать на усиление зенитную артиллерийскую дивизию РВГК четырехполкового состава (64 зенитных орудия, в том числе 16 85-мм и 64 12,7-мм пулемета). Дивизия могла прикрыть войска на площади 63 кв. км (9 км по фронту и 7 км в глубину) с плотностью 1,5 орудия на 1 кв. км. С учетом зенитных артиллерийских полков корпусов это обеспечивало прикрытие главной группировки войск вне движения. С началом же наступления, а также при перегруппировках эффективность зенитно-артиллерийского прикрытия резко снижалась вследствие недостаточной проходимости колесных машин зенитной артиллерии. Поэтому основные задачи по противовоздушной обороне танковых армий, особенно в ходе боевых действий, выполняла истребительная авиация. Количество выделяемых для этой цели истребительных авиационных соединений постоянно увеличивалось. Если в Белгородско-Харьковской операции 1-ю и 5-ю гвардейскую танковые армии прикрывали две истребительные авиационные дивизии, то в Белорусской операции прикрытие 5-й гвардейской танковой армии на отдельных этапах обеспечивалось силами до двух истребительных авиационных корпусов.
