«Ele estava sendo observado» é uma frase correta, sem qualquer lugar para dúvida, equivalendo à construção de infinitivo gerundivo «Ele estava a ser observado», pois «existe comutabilidade entre o infinitivo preposicionado e o gerúndio nesta construção (Mira Mateus et alii, Gramática da Língua Portuguesa, Lisboa, Caminho, 2003, p. 643).
Basta recorrermos às gramáticas para verificarmos que o gerúndio pode ocorrer em locuções verbais, pois «combina com os auxiliares estar, andar, ir e vir, para marcar diferentes aspetos da execução do processo verbal» (Cunha e Cintra, Nova Gramática do Português Contemporâneo, Lisboa, Sá da Costa, 2002, p. 490).
Na frase apresentada, em que o gerúndio ocorre após o verbo estar, «indica uma ação durativa num momento rigoroso» (idem), tal como nos exemplos do poema de Manuel Bandeira:
«Estavam todos dormindo,/ Estavam todos deitados,/ Dormindo,/ Profundamente.»
Por sua vez, quando o gerúndio é usado após o verbo andar, «indica uma ação durativa em que predomina a ideia de intensidade ou de movimento reiterado»:
«João Fanhoso andava amanhecendo sem entusiasmo, sem coragem para enfrentar os problemas que enchiam aqueles dias compridos» (Mário Palmério, Vila dos Confins, 97).
Por outro lado, o gerúndio a seguir ao verbo ir «expressa uma ação durativa que se realiza progressivamente ou por etapas sucessivas»:
«Vagaroso, o tempo foi passando» (Miguel Torga, Novos Contos da Montanha, 21).
«A terra ia crescendo e a mata fechando-se cada vez mais» (Ferreira de Castro, Obra Completa, I, 125).
Entretanto, quando o gerúndio ocorre após o verbo vir, «expressa uma ação durativa que se desenvolve gradualmente em direção à época ou ao lugar em que nos encontramos»:
«Teresa vinha arrastando uns chinelões de couro e resmungando» (Afonso Arinos, Obra Completa, 507).
A noite vem chegando de mansinho. (Fernando Namora, O Rio Triste, 86)
Para além das ocorrências em locuções verbais, o gerúndio pode estar colocado junto do verbo principal, expressando «de regra uma ação simultânea, correspondente a um adjunto adverbial de modo» (idem, p. 488):
«Maciel ouvia sorrindo» (Machado de Assis, Obra Completa, II, 506).
«Arrastou-se penosamente, gatinhando na areia» (Carlos de Oliveira, Uma Abelha na Chuva, 91).