В связи с отходом войск правого крыла Юго-Западного фронта на р. Сев. Донец, как уже указывалось выше, создалась угроза левому крылу Воронежского фронта Немецко-фашистское командование решило продолжать развивать наступление на харьковском и курском направлениях силами 4-й танковой армии, оперативной группы «Кемпф» и правого фланга 2-й армии. При этом 4-я танковая армия была усилена 11-й танковой дивизией из 1-й танковой армии, танковой дивизией «А. Гитлер» из оперативной группы «Кемпф» и 106-й пехотной дивизией, прибывшей из Франции, а правый фланг 2-й армий усиливался 332-й пехотной дивизией, также прибывшей из Франции. Всего против левого крыла Воронежского фронта от Сум до Охочае противником было развернуто десять пехотных, шесть танковых и одна моторизованная дивизия.

40, 69 и 3-я танковая армии Воронежского фронта, вышедшие к 3 марта на рубеж Сумы, Лебедин, Опошня, Охочае, имели в своем составе 16 стрелковых дивизий, 2 стрелковые и 4 танковые бригады, 3 танковых и один кавалерийский корпуса. Но все эти соединения были в большом некомплекте, в особенности соединения 3-й танковой армии.

В результате этого к началу марта силы противника нй харьковском направлении в два раза по численности превосходили наши войска. Против 151 самолета Воронежского фронта, в числе которых почти половина были ночные бомбардировщики ПО-2, противник имел на харьковском направлении до 500—550 самолетов.

Наши войска, оторвавшись от конечно-выгрузочных железнодорожных станций на 300—400 км, испытывали большой недостаток в боеприпасах, в горючем и прочих предметах снабжения. Наличие в войсках 0,2 заправки автобензина затрудняло доставку боеприпасов, продовольствия и маневр артиллерией на механической тяге. Особенно низкой была обеспеченность войск боеприпасами, которая составляла по снарядам 76-мм и 122-мм в 60-й армии 0,4—0,6 боекомплекта, в 38-й и 40-й армиях — 0,4—0,7 боекомплекта.

Противник, завершив перегруппировку сил, 4 марта перешел в наступление силами 4-й танковой армии из района Мелиховка, Охочае против частей нашей 3-й танковой армии. В течение двух дней части этой армии стойко отражали атаки врага и не позволили ему прорваться к Харькову с юга.

Немецкое командование было вынуждено изменить направление своего главного удара, перенеся его к западу, в стык между 69-й и 3-й танковой армиями.

Утром 6 марта противник возобновил свое наступление, нанося главный удар смежными флангами 4-й танковой армии и оперативной группы «Кемпф».

После тяжелых оборонительных боев войска 69-й и 3-й танковой армий были вынуждены 7 марта оставить Валки, а 9 марта — Люботин.

10 марта с выходом танкового корпуса СС в район Дергачей (20 км северо-западнее Харькова) между 69-й армией, отошедшей в район Богодухова, и 3-й танковой армией, прикрывавшей западные и юго-западные подступы к Харькову, образовался 35-км разрыв, и путь на Белгород оказался открытым. Чтобы прикрыть это направление, по приказу командующего фронтом войска 69-й армии в течение 11 —12 марта были отведены на рубеж Золочев, Липцы, а 40-й армии — на рубеж Краснополье, Золочев.

Для содействия войскам Воронежского фронта 9 марта 6-я армия Юго-Западного фронта нанесла контрудар из района Змиева в направлении на Нов. Водолагу во фланг войскам противника, наступавшим на Харьков. Однако этот контрудар в силу своей слабости не дал ожидаемых результатов. В целях дальнейшего усиления Воронежского фронта и организации отпора наступлению врага Воронежский фронт был усилен 2-м гвардейским и 18-м танковыми корпусами из состава Юго-Западного фронта и 3-м гвардейским танковым корпусом из резерва Ставки.

В то же время на усиление Воронежского фронта передавалась из резерва Ставки 64-я армия, а из состава Центрального фронта следовала 21-я армия. Кроме того, южнее Курска сосредоточивалась 1-я танковая армия.

С 11 по 15 марта войска 3-й танковой армии вели оборонительные бои на ближайших подступах к Харькову и в самом городе с танковым корпусом СС, обходившим Харьков с запада и севера, и 48-м танковым корпусом, наступавшим на восток южнее Харькова. В это же время войска 40-й армии вели борьбу с прорвавшимся в район Борисовки армейским корпусом «Раус».

15 марта в связи с выходом танковых дивизий противника в район Чугуева оборонявшие Харьков войска 3-й танковой армии оказались в окружении.

После упорных боев с превосходящими силами противника наши войска вынуждены были 16 марта оставить Харьков. 3-й танковой армии, оказавшейся в окружении, был отдан приказ о выходе из окружения.

Для выхода из окружения войска армии были разделены на две группы прорыва и группу прикрытия.

Первая группа прорыва состояла из двух стрелковых дивизий и одной стрелковой бригады, а вторая группа включала в свой состав одну стрелковую дивизию, две стрелковые и две танковые бригады.

Группа обеспечения в составе одной стрелковой дивизии и одной танковой бригады имела задачу прикрыть отход главных сил армии, в последующем оторваться от противника и сосредоточиться в районе Стар. Гнилицы (юго-восточнее Харькова). 16 марта войска 3-й танковой армии с упорными боями отошли за р. Сев. Донец.

После занятия Харькова противник направил главные силы на Белгород. С юго-запада на этот город наступал армейский корпус «Раус», а с юга от Харькова на Белгород — танковый корпус СС.

Под давлением этих сил противника ослабленная предыдущими боями 69-я армия вынуждена была отступить. Оставив 18 марта Белгород, она закрепилась на левом берегу р. Сев. Донец и здесь остановила наступление немецко-фашистских войск.

В это время 40-я армия вследствие охвата войсками оперативной группы «Кемпф» ее левого фланга отходила к северу: правым флангом на Вязовое и левым — на Ракитное. Это вынудило и левый фланг 38-й армии, оборонявшейся левее, отойти на рубеж Сенная, Краснополье.

В образовавшемся между 40-й и 69-й армиями разрыве развертывалась 21-я армия, а в районе Волчанска, между 69-й и 3-й танковой армиями, начали развертываться разгружавшиеся у Валуек войска 64-й армии.