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.

Из разведывательных частей танковые армии имели мотоциклетный полк, а некоторые из них и мотоциклетный или бронеавтомобильный батальон. К ведению разведки также привлекались мотоциклетные батальоны корпусов, роты (взводы) разведки механизированных (танковых) бригад. Из состава мотоциклетного полка, как правило, выделялись 1–2 разведывательных отряда (полоса ведения разведки 5–6 км, глубина до 50 км), а также несколько разведывательных групп и групп глубинной разведки. Мотоциклетные батальоны корпусов первого эшелона формировали 2–3 разведывательные группы (полоса ведения разведки 1,5–2 км, глубина 25–30 км). Из рот и взводов разведки бригад назначались разведывательные дозоры (полоса разведки – до 1,5 км, глубина – 10–15 км). Всего в танковой армии создавались 1–2 разведывательных отряда, 8—11 разведывательных групп, 17–20 разведывательных дозоров, 2–3 группы глубинной разведки. Они способны были решать задачи в полосе наступления армии и на ее флангах на глубину 25–30 км, что ограничивалось главным образом возможностями по дальности средств связи. Данными о противнике, находящемся на удалении 100–300 км и более, обеспечивала фронтовая авиация. Передача с середины 1944 г. в оперативное подчинение командующим танковыми армиями части авиационных средств фронта способствовала, наряду с поддержкой действий наземных войск, более эффективному сбору сведений о противнике. Для ведения разведки использовались и самолеты связи ПО-2 армейского полка связи.

Обеспеченность танковых армий инженерными силами и средствами была невысокой. Они, как правило, один-три инженерных или саперных батальона, а в корпусах – саперный батальон. Несколько возросли возможности армий с середины 1944 г., когда в их составе были сформированы моторизованные инженерные бригады (два моторизованных инженерных, один понтонно-мостовой батальон). В результате плотность инженерных войск возросла в два-три раза. Кроме того, армия имела штатный понтонный батальон с парком Н2П, который позволял оборудовать мост грузоподъемностью 16 т и длиной 120 м или грузоподъемностью 60 т и длиной 50–60 м либо два парома такой же грузоподъемности. На десантных лодках можно было перевезти одним рейсом 1,3–1,5 тыс. человек. В ряде случаев армия получала на усиление инженерно-танковый полк (22 танка Т-34 и 18 тралов), понтонно-инженерную бригаду или мотопонтонный мостовый полк. И все же в большинстве наступательных операций танковые армии нуждались в усилении инженерными войсками, и прежде всего тяжелыми понтонно-мостовыми частями.