Немцы сами планировали наступление в этом районе, но советские войска опередили их, когда начали 12 мая 1942 г. свое наступление на харьковском направлении. Но 17 мая крупная группировка немецких войск при поддержке большого количества танков и авиации нанесла контрудар в районе Славянска и Барвенково. Вся беда заключалась в том, что у советских войск отнюдь не было подавляющего превосходства сил и, кроме того, что еще хуже, у немцев (как показали следующие события) имелись поблизости мощные подвижные резервы. Советские войска продолжали наступление на Харьков вопреки явно назревшей угрозе окружения, причем танковые резервы были введены в действие слишком поздно и не смогли спасти положение. Много советских войск, наступавших на Харьков, попали в окружение, где продолжали бои вплоть до 30 мая. По утверждениям немцев, было взято в плен более 200 тыс. человек.
В директиве Гитлера говорилось: «Зимняя кампания в России подходит к концу. Противник понес тяжелейшие потери в живой силе и технике. Как только позволят погодные условия и местность, немецкое командование снова должны захватить инициативу и навязать свою волю противнику. Цель заключается в том, чтобы окончательно уничтожить еще оставшиеся у Советского Союза живые силы и, насколько можно, лишить его важнейших военно-экономических районов. Исходя из прежних основ ведения войны на востоке, речь идет о том, чтобы, удерживая центральный участок фронта, объединить все имеющиеся резервы для ведения операций на юге в целях уничтожения войск противника перед Доном, чтобы затем овладеть нефтеносными районами Кавказа и выйти в Закавказье». Этот оперативный план, по мнению немецких участников войны, соответствовал имеющимся в то время техническим и стратегическим возможностям вермахта. Это и повлекло дальнейшее ускоренное продвижение немецких войск на восток к Волге и на юг страны к Кавказу. В течение трех недель мая 1942 г. армии юго-западного направления, руководимые С. Тимошенко, И. Баграмяном и Н. Хрущевым, потеряли, согласно проведенным исследованиям, около 200 тысяч человек убитыми и пленными.
В сводке Совинформбюро от 31 мая 1942 г. сообщалось, что наши войска в этих боях потеряли 300 танков, 832 орудия и 124 самолета. По данным немецкого источника, были уничтожены русские 6, 9 и 57-я армии, в общей сложности 20 стрелковых, 7 кавалерийских дивизий и 14 танковых бригад. Число пленных по немецким данным превышало 240 тысяч человек. Количество захваченной или уничтоженной в бою техники составляло: 1249 танков, 1249 орудий, 538 самолетов и огромное количество прочего вооружения и боевой техники (Хаупт Вернер. «Сражения группы армий “Юг”, взгляд офицера вермахта». М.: ЯУЗА; ЭКСМО, 2006).
В Харьковском котле погибли многие советские генералы, среди них: заместитель командующего войсками Юго-западного фронта генерал-лейтенант Ф.Я. Костенко, командующий и член Военного совета 6-й армии генерал-лейтенант A.M. Городнянский, командующий 57-й армией генерал-лейтенант Подлас, командующий армейской группой генерал-майор Л.В. Бобкин, командир 21-го танкового корпуса генерал-майор Г.И. Кузьмин, командиры 150,47,270 и 337-й стрелковых дивизий генерал-майоры Д.Г. Егоров, Ф.Н. Матыкин, З.Ю. Кутлин, И.В. Васильев и другие.
На 1942 г. Гитлер планировал развернуть наступление и нанести удар не на всех стратегических направлениях, как это было в начале войны, а на одном южном крыле фронта. Фашистское командование перебросило из оккупированных стран Европы, а также из самой Германии на советско-германский фронт дополнительные силы. В результате им удалось не только восполнить потери, понесенные в предыдущей кампании, но и увеличить состав войск на 40 дивизий.
К началу весенне-летней кампании 1942 г. немецкая армия сохраняла преимущества в численности личного состава, количестве орудий и самолетов, уступая лишь в танках. Немцы в июле и в августе продолжали наступление, атакуя одновременно с юго-запада и северо-запада. Шестая армия фон Паулюса вышла к Волге с северо-запада и могла теперь обстреливать Сталинград. 12 октября 1942 г. немцы начали штурм, а 18 октября они вынуждены были перейти к обороне. Ожесточенные бои продолжались несколько месяцев.
19 ноября 1942 г. войска Юго-западного (командующий Н.Ф. Ватутин), Сталинградского (командующий А.И. Еременко) и Донского (командующий К.К. Рокоссовский) фронтов начали окружение немецких войск между Волгой и Доном. Прорвав их позиции, они окружили 6-ю и часть 4-й танковой армии. Попытка группы войск генерал-фельдмаршала фон Манштейна с 12 по 19 декабря 1942 г. прорвать окружение немецких войск закончилась безрезультатно, и 2 февраля 1943 г. Паулюс капитулировал.