上述两个师和一些尚未撤退的匈牙利残兵败将，被用来防守别尔哥罗德方向。到2月1日，“克拉默”军兵力增加为3个步兵师（第168、第298、第320步兵师），“大日耳曼”师，党卫军“帝国”师的一个装甲步兵团。
连同尚未集结完毕的党卫军2个师（“希特勒”师和“帝国”师），德军在哈尔科夫方向集中了7万余人，200余辆坦克。由于兵力太少，只有少数部队被配置在一线，其余的则部署在纵深要点。
德军兵力只有红军1/4，一线坦克只有约60%。不过红军有相当一部分兵力还留在后方，用以歼灭被围德军。如红军第4坦克军，就被牵制到2月6日。另外，由于红军后勤基地距离战线太远，又缺乏铁路线，几乎所有的车辆都被用来运输油料弹药，而步兵则几乎完全陷在雪地里无法动弹。
尽管如此，受到胜利鼓舞的红军依然将疲惫的部队再次投入进攻。
2、战役进程
1943年2月2日，戈利科夫左翼的坦克第3集团军、第69集团军首先实施突击。2月3日，第60、第40集团军也开始进攻。
哈尔科夫以南，第3坦克集团军在最初几天进展很顺利，于2月5日日终前进抵丘古耶夫地域北顿涅茨河。但德军“希特勒”师先遣分队已经进入这一战区。他们炸毁了河上的桥梁，在浮冰上布雷，并在对岸构筑了坚固工事。渡河苏军遭到德军新式MG-42机枪的扫射，结冰的河面上很快就布满了上百具尸体；红军坦克也遭到88炮的射击而损失惨重。2月6日-9日，第3坦克集团军的多次渡河行动都被“希特勒”师所粉碎。德军“帝国”师也对第3坦克集团军右翼发动了凶猛反击。遭到几次打击，红军的进攻停顿了下来。
哈尔科夫以北，莫斯卡连科中将的第40集团军最初也在正面进攻中受阻。莫斯卡连科便迂回到对手侧后，迫使其放弃阵地撤退。红军随即发动追击。2月5日夜，红军第40集团军进抵科罗恰市北郊和东南郊，并与退下来的德第168步兵师交战。2月7日，第40集团军占领科罗恰，并迅速向北顿涅茨河和别尔哥罗德推进。
2月8日，第40集团军所属第116坦克旅从北面冲向别尔哥罗德以西。同一天，红军第192坦克旅，第183、309步兵师，在该城东面与德军“大日耳曼”师和第168步兵师激战。2月9日，苏军占领别尔哥罗德，并俘虏了1000名德军。此后，红军第40集团军继续推进，于2月10日进抵哈尔科夫接近地（距离55公里）。2月12日，莫斯卡连科又得到了第4近卫坦克军加强，前进速度迅速提高。但莫斯卡连科并没有按原定计划迂回哈尔科夫后方，而是在2月13日进至哈尔科夫北郊和西北郊。在红军第40集团军打击下，德军遭受很大损失，第168步兵师“战斗力量”（主要是步兵）减少为2000人，“大日耳曼”师2个步兵团分别只剩786和996人。
2月9日，另一支从北面进攻哈尔科夫的红军——第69集团军，也击退德军“帝国”师，占领了沃尔昌斯克。尽管该集团军兵员损耗严重，依然于2月14日推进到哈尔科夫东北郊。
这样，到2月9日，红军第69集团军与第40集团军，已经从北面对哈尔科夫构成严重威胁。哈尔科夫南部的党卫军因此被迫于2月9日夜间开始撤离，逐次从北顿涅茨河地区退至哈尔科夫。而此前被他们阻挡的红军第3坦克集团军，也趁机强渡北顿涅茨河，一路追击，于2月14日兵临哈尔科夫南郊。
2月10日-14日，德国人匆忙在哈尔科夫组织起了防御。哈尔科夫城北部和东部，被交给党卫军“帝国”师；南部交给党卫军“希特勒”师。2月15日，党卫军“骷髅”师也进入哈尔科夫战场。至此，党卫军装甲军才算到齐。
另外，“克拉默”军改称“劳斯”军，由原第6装甲师师长劳斯将军指挥。该军2月13日兵力包括“大日耳曼”师，从奥斯科尔河地区退下来的第168步兵师，从西线开来的第167步兵师。这个军主要在别尔哥罗德—哈尔科夫之间抵挡红军。
