Удар, предпринятый на запад, привел к глубокому прорыву фронта все еще крайне слабой 2-й армии. 9 февраля русские достигли Белгорода и затем продвинулись на 150 км дальше к Лебедину. Здесь уже нельзя было остановить наступления русских, но все же удалось его несколько замедлить, 2-я армия создала постепенно оборону на рубеже, который начинался южнее города Сумы, затем шел до района западнее Курска и примыкал к позициям 2-й танковой армии. Вследствие этой угрозы их северному флангу и из-за нехватки сил русские приостановили наступление в районе Лебедина. Под Харьковом сопротивление немецких войск продолжалось несколько дольше. 16 февраля оперативная группа Кемпфа вынуждена была оставить город, после того как ее северный фланг был обойден с направления Белгорода, центр оттеснен крупными силами, а южный фланг отброшен на Мерефу в результате прорыва русских. Между тем оперативной группе Кемпфа были подброшены с запада довольно большие подкрепления в район западнее Мерефы и Краснограда, так что теперь она могла задержать русское наступление. Напротив, между этой оперативной группой и находившимся у Изюма левым флангом 1-й танковой армии, сформированной из соединений оперативной группы Фреттер-Пико, постепенно была создана широкая брешь и закрыть ее было нечем. Как раз такого положения и добивались русские. Они сразу же его использовали, чтобы повернуть через Лозовую и Барвенково на юг и затем беспрепятственно продвигаться через Павлоград почти до Днепропетровска и Запорожья, где находился штаб группы армий «Юг». Эго была кульминационная точка успехов русских; как вскоре выяснилось, они взяли на себя слишком трудную задачу, желая добиться сразу двух целей.

Благодаря новым соединениям, подброшенным оперативной группе Кемпфа, а также большой перегруппировке на южном крыле фельдмаршал фон Манштейн смог к 22 февраля собрать достаточное количество сил и начать с двух сторон наступление на глубоко вклинившиеся русские войска. Но прежде на южном крыле группы армий пришлось провести значительное сокращение фронта. После того как дивизии 1-й и 4-й танковых армий, стянутые с Кавказа и Маныча, в первой половине февраля переправились через Дон по обе стороны Ростова, излучина Дона между Ростовом и Ворошиловградом была оставлена и войска были отведены на заранее подготовленный рубеж у реки Миус, оставшийся еще от прошлого года и доходивший на правом фланге до Таганрога. Примыкавшая к ним на севере вновь сформированная 1-я танковая дивизия не могла удерживать Северный Донец между Лисичанском и Изюмом и отошла к югу; теперь ее левый фланг оказался западнее Славянска. Когда между этим левым флангом и Павлоградом немецкие войска нанесли контрудар, в позициях войск русского юго-западного фронта была проделана огромная брешь шириной 200 км. Для осуществления контрудара из состава войск, отступавших на Миус, были взяты пять танковых дивизий. Они составили ударную группу, которая прибыла в район северо-западнее Сталино в распоряжение командующего 4-й танковой армией. 22 февраля немецкие танки начали наступление на север. Одновременно несколько дивизий, сосредоточенных в районе Днепропетровска, наступали в восточном направлении. Хотя и не удалось отрезать русские войска, продвинувшиеся до Запорожья, которые поспешно отошли на север, все же была быстро захвачена большая территория. Через несколько дней немецкие войска вышли к Северному Донцу в районе Барвенково, захватили Лозовую, установили непосредственную связь с оперативной группой Кемпфа и предотвратили обход, угрожавший оборонительному рубежу на реке Миус. Преследуя русские войска, немецкие танковые дивизии продвинулись дальше на север вместе с наступавшей с запада оперативной группой Кемпфа, окружили к 6 марта южнее Харькова сильную русскую группировку в составе нескольких танковых соединений и одного кавалерийского корпуса и создали этим успехом предпосылки для дальнейшего продвижения на Харьков. Одновременно и внутренние фланги оперативной группы Кемпфа и 2-й армии начали наступление против русских сил, продвинувшихся до Лебедина; последние спаслись от уничтожения только немедленным отходом. Под этим натиском немецких войск русские на всем фронте отступили за Северный Донец. 13 мая был снова занят Грайворон, 15 марта – Харьков.