Наступлению предшествовали организационные перестановки — основной танковый «таран» группы армий «Юг», танковый корпус СС обергруппенфюрера СС Пауля Хауссера, подчинили 4-й танковой армии Гота.
Немцы собирались наступать на Харьков с юга, по прямой до города вражеским танкам оставалось всего 40 километров. В центре боевых порядков корпуса разместилась мотопехотная дивизия СС «Лейбштандарт». Её место на западном крыле заняла дивизия «Мёртвая голова», на восточном — уже понёсшая в предыдущих боях ощутимые потери «Дас Райх». Далее к востоку расположились ещё две танковые дивизии 48-го танкового корпуса (тк) — 11-я и 6-я.
План у врага был простой — корпус Хауссера должен был прорваться к Харькову с юго-западной стороны и охватить его основными силами с севера и востока, а частью сил — с юга, чтобы сомкнуть фланг с 48-м тк. Штурмовать город предстояло основной группе мотопехотных дивизий СС. «Сосед» слева — «группа Кемпфа», в которую входила элитная дивизия вермахта «Великая Германия», наступала севернее города, обеспечивая левый фланг наступления на Харьков.
Эсэсовцам противостояла сильно потрёпанная 3-я танковая армия генерал-лейтенанта Павла Семеновича Рыбалко. Танковой она была только на бумаге, так как в её распоряжении оставалось только около полусотни сильно изношенных и не раз ремонтировавшихся боевых машин.
Подвижные объединения армии — 6-й кавалерийский, 12-й и 15-й танковые корпуса после нанесённых им противником потерь отправились на переформирование. Основные силы армии составляли стрелковые дивизии и артиллерия, при чём у давно воюющих соединений её оставалось крайне мало, а у свежих — она отстала.
4 марта ударная группировка немцев начала наступление в направлении на Новую Водолагу и Мерефу. Южнее Новой Водолаги часть войск 3-й танковой армии попала в окружение и с трудом впоследствии смогла вырваться из него и пробиться к Харькову.
В районе села Тарановка держал оборону 78-й гвардейский полк 25-й гвардейской Чапаевской стрелковой дивизии. 1-й взвод 8-й роты полка, которым командовал лейтенант Пётр Николаевич Широнин, ещё 2 марта занял позиции у железнодорожного переезда. 5 марта его атаковали сразу 25 вражеских танков и 15 бронетранспортёров. Единственную пушку-«сорокапятку» разбило снарядом уже во время второй атаки. Однако 25 стрелков не дрогнули — они продолжали вести огонь из противотанковых ружей, а когда противник приближался вплотную, в ход шли гранаты и бутылки с зажигательной смесью КС — она воспламеняется от контакта с воздухом.
В тяжелейшем бою «широнинцы» уничтожили десять танков, одно самоходное орудие и бронетранспортёр. Несколько бойцов, израсходовав все боеприпасы просились с гранатами под вражеские танки, и остановили их ценой собственных жизней.
Большая часть взвода погибла, выжили только шестеро, включая самого Широнина. Правда лейтенант был так изранен, что после излечения его комиссовали как инвалида 2-й группы. Всем 25-ти «широнинцам» были присвоены звания Героев Советского Союза. Свой последний фильм «Аты-баты, шли солдаты…» (1976) режиссёр и актёр Леонид Быков снял, основываясь на истории подвига именно взвода лейтенанта Широнина.
Несмотря на героизм солдат 3-й танковой армии немцы всё-таки сбили её со своих позиций, и оголился фланг «соседа» справа — 69-й армии генерал-лейтенанта М. И. Казакова. Сюда в район городка Валки спешно выдвинулись артиллерийская противотанковая бригада и несколько батальонов ПТР, а также тут сосредоточились все имевшиеся в армии танки — 7-8 единиц. Однако эти меры спасти ситуацию и остановить дивизии СС «Мёртвая голова» и «Лейбштандарт» не могли.
В эсэсовских танковых батальонах имелось по 8-9 новейших тяжёлых танков «Тигр», которые на километровой дистанции были непробиваемы для советской противотанковой артиллерии и танковых орудий. Зато сами они могли с этого расстояния безнаказанно расстреливать любые цели, и немцы этим активно пользовались. 30-40 собранных на участке вражеского прорыва 45-мм и 76-мм пушек не могли спасти положение. Пробить броню «Тигра» они могли разве что с дистанции 500-700 метров, а их расстреливали с 1,5 — 1,8 км.
6 марта состоялся бой — в атаку пошли сразу около 150 вражеских танков. Артиллеристы, танкисты и стрелки смогли остановить несколько десятков, некоторые даже загорелись, но остальные накатились стальной лавиной и смяли оборону.
Командир 173-й танковой бригады генерал-лейтенант Василий Александрович Мишулин ещё в октябре командовал танковым корпусом, но был снят за «ослабление руководства войсками». Увидев, что творится на поле боя, он не выдержал, сам прыгнул в люк головного танка и повёл своих танкистов в их последний бой, практически на верную смерть. Что могли сделать 7-8 «тридцатьчетвёрок» против такой бронированной лавины?
Танки бы наверняка принесли больше пользы, если бы оставались в танковой засаде, но у Мишулина не выдержали нервы. Его танк немцы подбили первым, однако, получившему тяжёлую контузию генералу удалось выжить, в отличие от многих его танкистов, которые так навсегда и остались в своих сгоревших Т-34. Вскоре немцы ворвались в Валки.
10 марта передовые части врага вплотную приблизились к Богодухову и Харькову. Назрела угроза для всех сражавшихся к западу и юго-западу от Курска войск Воронежского фронта. В первую очередь это касалось 40-й и 69-й армий, дравшихся на рубеже Ахтырка — Краснокутск — Богодухов. В районе Харькова под угрозой окружения очутились войска 3-й танковой армии.
40-я армия попыталась нанести контрудар силами двух дивизий в направлении на Богодухов — Ольшаны, но после полутора месяцев непрерывных боёв её части были измотаны и обескровлены — удар получился слабым.
В отличие от эсэсовской мотопехоты и танков, у 48-го тк дела обстояли значительно хуже — 6-я и 11-я танковые дивизии с трудом «вгрызались» в советскую оборону и продвигались в направлении на Чугуев с большими потерями.
В отличие от них мотопехотная дивизия СС «Лейбштандарт» всего за 4 дня боёв преодолела более 70 километров, и, хотя из 74 у неё к тому времени осталось всего около 40 танков, однако уже 10 марта она прорвалась в Дергачи — северный пригород Харькова. Командир корпуса обергруппенфюрер СС Хауссер приказал штурмовать город.
Дивизия «Мёртвая голова» продолжила движение в обход города с севера, с юга такой же обходной манёвр в это время осуществляла «Дас Райх», в город пошли мотопехота и танки дивизии «Лейбштандарт».
Генерал Рыбалко бросил на защиту Харькова всё, что у него только оставалось под рукой, помимо остатков стрелковых бригад и дивизий на защиту Харькова встали бойцы подразделений НКВД, танкисты, у многих из которых уже не было танков, противотанкисты, «Катюши».
Штурм начался 11 марта. «Лейбштандарт» наступал сразу тремя колоннами, две из которых удалось остановить, а третью вообще окружить. Вырваться из кольца колонне помог 3-й мотопехотный батальон штурмбаннфюрера СС Иоахима Пайпера. Только после этого, поняв, что штурм лёгким не будет, эсэсовцы разбились на небольшие группы и начался планомерный штурм города.
С советской стороны основная нагрузка уличных боёв легла на 17-ю стрелковую бригаду войск НКВД полковника Ивана Алексеевича Танкопия. До 10 марта немецкая мотопехота и танки во время охвата города постепенно оттесняла подразделения бригады из близлежащих городов: Люботина, Водолаги, Мерефы.
Теперь же бойцы НКВД цеплялись за каждый дом, каждую улицу. За первый день штурма только один 206-й стрелковый батальон подбил и сжёг три танка и три автомашины, и уничтожили около сотни вражеских солдат. В период с 11 по 13 марта тот же батальон сдерживал продвижение немцев в направлении Богодухов — Дергачи, уничтожив 7 танков и значительное число мотопехоты.
Подразделения бригады за три дня боёв в районе завода ХТЗ подбили 3 танка, 20 автомашин и до роты противника. Полковник Танкопий лично командовал своими бойцами на передовой, показывая пример бесстрашия и мужества.
Однако судьба Харькова решилась вне его пределов — 13 марта дивизия СС «Мёртвая голова», обогнув город с северо-востока и востока, заняла Рогань и перерезала последний из него выезд, он вёл на Чугуев. Только что прибывшим частям 18-го танкового корпуса удалось задержать продвижение врага на двое суток, и даже ненадолго отбить у него одно из окраинных сёл, но долго удерживать коридор советские танкисты не могли.
15 марта полковник Танкопий получил приказ командования, объединить все разрозненные ещё сражавшиеся в Харькове подразделения и вывести их из окруженного города, прорвав вражеский заслон. Полковник выполнил приказ, он лично возглавил атаку, но получил ранение.
Тем не менее в прямом смысле этого выражения «кровавый гебист» остался в строю, и продолжал командовать пока 16 марта кольцо окружения не было прорвано окончательно. К сожалению в этом бою полковник Танкопий получил второе, на этот раз смертельное ранение. Посмертно ему было присвоено звание Героя Советского Союза.
Таким образом, Красная Армия поиграла третье сражение за Харьков, город был сдан второй раз за войну. Но на этом вражеское продвижение на восток не закончилось. Следующей целью командующего группой армий «Юг» генерал-фельдмаршала Эриха фон Манштейна стал Белгород. На него двинулись эсэсовский корпус Хауссера и группа генерала танковых войск Вернера Кемпфа.
Дивизия «Великая Германия» перешла в наступление от Богодухова на север, в разрыв между отступавшими 40-й и 69-й армиями. В 60 км от Харькова в районе деревни Борисовка она столкнулась с тремя свежими советскими танковыми дивизиями, на вооружении которых было порядка 200 танков. Однако они смогли только задержать вражеское продвижение только до подхода основных немецких сил.
18 марта в 6:45 передовой отряд дивизии «Лейбштандарт», костяком которого был батальон всё того же Иоахима Пайпера, перешёл в наступление. Уже в 11:30 Белгород был взят. 21-я армия, которой приказали защитить город, прибыть в него просто не успела, находясь на марше где-то в районе Курска. Вскоре в Белгород вошли части дивизии СС «Дас Райх». Эсэсовцы прорвались так быстро и так неожиданно, что не успели предупредить о своём успехе собственную авиацию — в город они входили под «аккомпанемент» разрывов сброшенных на них асами люфтваффе бомб.
Так, из-за вклинения в нашу оборону вражеских танковых войск СС, образовался южный фас советского выступа, которому предстояло войти в мировую историю под названием «Курская дуга».