Vào ngày 12/5/1942, Hồng quân mở một cuộc tiến công theo hướng Kharkov. Cuộc tấn công này được phát động từ chỗ lồi Barvenkovo và từ thị trấn Volchansk, nằm ngay về phía bắc của chỗ lồi này. Sau ba ngày kịch chiến, quân đội Liên Xô tiến được 35-50km và xe tăng của họ xuất hiện ở ngoại ô Kharkov vào ngày 15/5.
Phía Đức đã huy động sức mạnh khủng khiếp để chặn cuộc tiến công của Hồng quân. Hai ngày sau đó, vào ngày 17/5, Tập đoàn xe tăng “Panzer” số 1 của Đức, được máy bay yểm trợ, đánh vào điểm yếu nhất trong hệ thống phòng ngự của Hồng quân, đó là cổ của chỗ lồi Barvenkovo.
Một sĩ quan trong Sư đoàn bộ binh 257 của Đức nhớ lại: “Tuyến phòng ngự Nga đầu tiên sụp đổ dưới cơn mưa bom và đạn pháo. Tuy nhiên, những lính Nga sống sót vẫn kháng cự dữ dội. bị Trung đoàn bộ binh 466 tấn công vào các vị trí của mình, một tiểu đoàn Xô viết vẫn chiến đấu đến người lính cuối cùng. Tìm thấy 450 lính Nga chết ở vị trí tiểu đoàn của họ đứng chân”.
Trong các tháng tồn tại chỗ lồi Barvenkovo, không có cơ cấu phòng ngự phù hợp nào được xây dựng. Quân Đức tiến nhanh, đè bẹp các đơn vị của Tập đoàn quân Xô viết số 9 cùng với lực lượng dự bị được triển khai để chặn cuộc đột phá của Đức. Nguy cơ bị bao vây lơ lửng thường trực trên đầu toàn bộ lực lượng tiến công của Hồng quân, lúc đó vẫn đang tiến đánh Kharkov.
Trung úy Hồng quân Yevgeny Okishev nhớ lại: “Đối với tôi, các trận chiến ở Kharkov có lẽ là khó khăn nhất trong toàn bộ cuộc chiến. Vô số những trận ném bom, tổn thất thật kinh khủng, sự rối trí trong các chỉ huy, tình trạng thiếu đạn dược”.
Bộ chỉ huy Liên Xô đã đánh giá quá thấp quy mô cuộc tiến công do Đức thực hiện. Chỉ đến ngày 19/5/1942, khi đã quá muộn, họ mới ra lệnh ngừng tấn công Kharkov và đối mặt với quân địch đang đột phá vào sau lưng.
Tướng Kirill Moskalenko - Tư lệnh Tập đoàn quân 38 của Hồng quân, tóm tắt như sau: “Trong thời gian hạn chế còn lại lúc đó, điều cần thiết đầu tiên là tập kết lượng lớn quân đang bị phân tán ra một khu vực lớn. Và đến lúc đó chúng tôi không biết phải thực hiện điều đó sao cho thích đáng”.