23 мая немецкие танковые соединения встретились с передовыми частями 6 полевой армии, наступавшей из Чугуева. Они преградили пути отступления советских соединений из Барвенковского выступа. 24—29 мая части 6, 57 армий и армейской группы генерала Бобкина героически сражались в окружении, пытаясь отдельными подразделениями прорваться к восточному берегу Северского Донца. Итогом поражения советских войск под Харьковом стал разгром 6 и 57 армий, группы генерала Бобкина, 2 танковых и 3 кавалерийских корпусов. Значительные потери понесла 9 армия. Юго-Западный и Южный фронты потеряли 277190 военнослужащих, 5058 орудий и минометов, 775 танков.

Одной из наиболее важных причин поражения в битве за Харьков стали ошибки при планировании Ставкой ВГК военных операций на весну 1942 года. Запланировав наступательные операции на многих направлениях советско-германского фронта, Ставка почти равномерно распределила силы и средства без создания решающего превосходства на каком-либо направлении, не учитывая возможности стратегического маневрирования для уничтожения вражеских группировок.

С нехваткой сил и средств весной 1942 г. столкнулся Юго-Западный фронт на харьковском направлении. Южному фронту не были предоставлены необходимые средства для наступления. Его армии не оказывали достаточной поддержки ударам Юго-Западного фронта, которому приходилось действовать в изоляции без помощи соседних фронтов. Этим воспользовалось командование вермахта, которое маневрировало резервами, перебрасывая их с других направлений, чтобы выполнить свои цели в районе Харькова.

Советское командование недостаточно массово применяла авиацию для ударов по основным вражеским группировкам в наступлении, отражения немецкого контрударов.

Проводя наступательную операцию, Ставка и руководство Юго-Западного фронта не в полной мере укрепили фланги ударной группировки со стороны Славянска и Балаклеи. Разведка фронтов своевременно не выявила планы неприятеля, силы и средства, перегруппировки войск, резервы. Следует упомянуть нехватку боевого опыта командного состава разных уровней, наличие недостатков в подготовке многих соединений. Войскам не хватало военной техники.

После ухудшения ситуации на юго-западном направлении в следствии поражения советских войск под Харьковом, Юго-Западный фронт полностью перешел к обороне. Ставка ВГК его укрепила 7 стрелковыми дивизиями, 2 танковыми корпусами и 4 танковыми бригадами. К 10 июня фронт обладал 4 танковыми и 2 кавалерийскими корпусами, 30 стрелковыми дивизиями, 2 стрелковыми и 8 танковыми бригадами.

К этому моменту в составе немецких 1 танковой и 6 полевой армий находилось 26 пехотных, 5 танковых, 2 моторизованные дивизии, которые обеспечивали в полтора раза преимущество над советскими войсками. Эту группировку поддерживал немецкий 4 воздушный флот и 8 отдельный авиационный корпус. 10 июня 6 армия вермахта нанесла удар по позициям 28 и 38 армий, которые начали отступление на восток. 2 танковых корпуса и 2 стрелковые дивизии нанесли контрудар по противнику, остановив его наступление до 14 июня.

15—21 июня немецкое командование провело перегруппировку войск для новой операции. 22 июня немецкие войска развернули наступательные действия, преодолев советскую оборону, продвигались в направлении Купянска. Командование фронта 23—26 июня отвело войска на восточный берег Оскола. Были отбиты вражеские попытки форсирования реки.

6 июля Ставка приказала отвести на восток войска Юго-Западного и правого крыла Южного фронтов, а также занялась организацией подготовкой оборонительных рубежей Сталинграда и Кавказа. В ночь на 7 июля 9, 28, 38 армии Юго-Западного и 37 армия Южного фронтов начали отступление. 7 июля немецкие 4 танковая и 6 полевая армии развернули наступательные действия вдоль правого берега Дона в сторону Кантемировки. По итогам оборонительной операции советских войск, проходившей с 28 июня по 24 июля, противнику не удалось окружить войска Юго-Западного фронта в районе Старобельска и Сватово, армии Южного фронта в Донбассе. 22 июля немецкие войска захватили город Свердловск Ворошиловградской области. 27 июля гитлеровцы ворвались в станцию Щётово, то есть, немецкие и румынские войска полностью оккупировали Украинскую ССР. Советский Союз на некоторое время лишился промышленного, сельскохозяйственного, мобилизационного потенциала Украины.