В операции принимали участие войска Брянского, Юго-Западного и Южного фронтов. Юго-Западный фронт имел в своём составе четыре общевойсковых армии (6-ю, 21-ю, 28-ю и 38-ю) и 5 танковых корпусов, 3 из которых ещё не участвовали в боях, а также 13 отдельных танковых бригад. Брянский фронт, включал пять общевойсковых армий — 3-ю, 13-ю, 48-ю, 40-ю и 61-ю (всего 29 стрелковых, 7 кавалерийских дивизий (6 КК (26 кд, 28 кд, 49 кд, 106 кд), 5КК (60 кд, 34 кд, 30 кд)) , 11 стрелковых бригад); 2 танковых корпуса и 9 отдельных танковых бригад. В полосе фронта находился резерв Ставки: 5-я танковая армия (480 танков) и 17-й танковый корпус[5]. На момент начала майского наступления силы Красной Армии на харьковском участке составляли 640 тыс. солдат и офицеров и 1200 танков[6]. Командование вермахта планировало ликвидировать барвенковский плацдарм, начав наступление 18 мая. Однако Красная Армия начала наступать раньше, 12 мая, одновременным ударом по немецким войскам на севере с рубежа Белгород-Волчанск, а на юге — с северной части выступа линии фронта, проходившего в районе Лозовенька и Балаклея. Общей задачей наступающих советских войск было окружение 6-й армии вермахта в районе Харькова. Вначале удача сопутствовала Красной Армии. К 17 мая ей удалось потеснить части 6-й армии немцев и почти вплотную подойти к Харькову. Южнее Харькова, продвигаясь по обоим берегам реки Северский Донец, советские 6-я (командующий — генерал-лейтенант А. М. Городнянский), 57-я (командующий — генерал-лейтенант К. П. Подлас) и 9-я армии (генерал-майор Ф. М. Харитонов) прорвали немецкую оборону, выйдя к Чугуеву и Мерефе, где завязались упорные бои. На северном фланге операции советские войска силами 28-й армии генерал-лейтенанта Д. И. Рябышева (6 стрелковых и кавалерийских дивизий, 3 танковые и 2 механизированные бригады) в районе Волчанска создали прорыв глубиной 65 км и значительно продвинулось в районе Белгорода. Пассивность войск правого фланга Юго-Западного фронта позволила немецкому командованию выводить часть сил с этого участка и перебрасывать их на угрожаемое направление. А бездействие всего Южного фронта дало возможность 17-й немецкой армии и всей армейской группе Клейста 13 мая без всяких помех начать перегруппировку войск и подготовку к контрудару на изюм-барвенковском направлении. К исходу 16 мая стрелковые соединения обеих ударных группировок продвинулись на 20 - 35 км и вели бои на рубежах, овладение которыми планировалось на 3-й день операции. Подвижные войска вместо предусмотренного планом операции глубокого вклинения в глубину обороны противника находились еще в прифронтовой полосе и на северном участке втягивались в оборонительные бои, а на южном готовились к вводу в прорыв. Во время боев 12—16 мая основная идея наступательной операции Юго-Западного фронта — уничтожение харьковской группировки противника путем охвата ее главными силами северной и южной группировок — проводилась непоследовательно и недостаточно энергично. Наступление Юго-Западного фронта по-прежнему проводилось изолированно от Южного фронта. На всем фронте 57 и 9-й армий, занимавших южную сторону барвенковского выступа, оборона строилась по системе опорных пунктов и узлов сопротивления. Боевые порядки дивизий не эшелонировались. Вторые эшелоны и резервы в дивизиях и армиях отсутствовали. Поэтому глубина тактической обороны не превышала 3-4 км. При всем этом, несмотря на полуторамесячный срок пребывания в обороне, работы по созданию оборонительных сооружений и инженерных заграждений проводились неудовлетворительно. На всем 180-километровом фронте армий было построено всего 11 км проволочных заграждений. Таким образом, как оказалось ни оперативное построение войск 57 и 9-й армий Южного фронта в обороне, ни инженерное оборудование местности не обеспечивали жесткой обороны южной стороны барвенковского выступа. Кроме того, действия немцев расценивались как оборонительные. Возможность наступления противника против барвенковского плацдарма в ближайшее время исключалась. Как оказалось, план контрудара немцев состоял в том, чтобы, обороняясь ограниченными силами на ростовском и ворошиловградском направлениях, нанести два удара по сходящимся направлениям на южной стороне барвенковского плацдарма. Один удар намечался из района Андреевки на Барвенково и второй из района Славянска на Долгенькая с последующим развитием наступления обеих группировок в направлении на Изюм. Этими ударами немецкое командование рассчитывало рассечь оборону 9-й армии, окружить и уничтожить части этой армии восточнее Барвенково. В дальнейшем предполагалось выйти к реке Сев. Донец, форсировать ее на участке Изюм, Петровская и, развивая наступление в направлении на Балаклею, соединиться с частями 6-й армии, оборонявшими Чугуевский выступ, и завершить окружение всей барвенковской группировки войск Юго-Западного направления. 17 мая 1-я танковая армия вермахта Э. Клейста нанесла удар в тыл наступающим частям Красной Армии. Частям Клейста уже в первый день наступления удалось прорвать оборону 9-й армии Южного фронта и к 23 мая отрезать советским войскам пути отхода на восток. С. К. Тимошенко доложил о произошедшем в Москву, прося подкреплений. Только что вступивший в должность начальника Генерального штаба Василевский предложил отвести войска с барвенковского выступа, однако Сталин разрешения на отступление не дал[7]. Уже к 18 мая ситуация резко ухудшилась. Начальник Генштаба А. М. Василевский ещё раз предложил прекратить наступление и вывести 6-ю, 9-ю, 57-ю армии и армейскую группу генерала Л. В. Бобкина с барвенковского выступа. Однако С. К. Тимошенко и Н. С. Хрущёв доложили, что угроза со стороны южной группировки вермахта преувеличена, и И. В. Сталин вновь отказался дать приказ на отвод войск[8]. В результате к 23 мая значительная часть войск ударной группировки Красной Армии оказалась в окружении в треугольнике Мерефа-Лозовая-Балаклея. 25 мая начались отчаянные попытки частей Красной Армии вырваться из окружения. Командующий 1-й горнострелковой дивизией генерал Ланц (нем. Hubert Lanz) вспоминал о чудовищных атаках массами пехоты. К 26 мая выжившие солдаты Красной Армии оказались заперты на небольшом пространстве площадью примерно 15 кв. км. в районе Барвенково. Попытки прорвать окружение с востока блокировались упорной обороной немцев при активной поддержке авиации. 28 мая последовал приказ С. К. Тимошенко о прекращении наступательной операции, но усилия по прорыву из окружения продолжались до 30 мая. Выжившие из 6-й и 57-й армий, при поддержке сводной танковой группы генерал-майора Кузьмина, состоявшей из остатков 5-й гвардей­ской, 7-й, 37-й, 38-й и 43-й танковых бригад, а также ос­татков 21-го и 23-го танковых корпусов, с огромными потерями сумели прорваться к своим в районе села Лозовенька[9]. Несмотря на все усилия, вырваться из «барвенковской западни» удалось не более десятой части окружённых[10]. Советские потери составили 270 тыс. человек, из них 171 тыс. — безвозвратно[2]. В окружении пропали без вести или погибли: заместитель командующего Юго-Западным фронтом генерал-лейтенант Ф. Я. Костенко, командующий 6-й армией генерал-лейтенант А. М. Городнянский, командующий 57-й армией генерал-лейтенант К. П. Подлас, командующий армейской группой генерал-майор Л. В. Бобкин[11].