войск, к вечеру 20 мая вышли в район Петровской и Красного Лимана, а к концу дня 22 мая завершили окружение советских войск на Барвенковском выступе.
С 23 мая в штабе Юго-Западного фронта стали разрабатывать планы спасения окружённой группировки. Для этой цели, например, в составе Южного фронта был создан сводный танковый корпус. Первоначально в его состав вошли 3-я (8 KB, 9 Т-34 и 9 Т-60) и 15-я (20 Т-34 и 9 Т-60) танковая бригады. Полноценного штаба у корпуса не было, для управления войсками использовались остатки штаба 121-й танковой бригады. Впрочем, в таком составе корпус просуществовал недолго. К 25 мая 3-ю танковую бригаду из него изъяли, включив вместо неё 64-ю (22 «Матильды», 1 «Валентайн» и 21 Т-60) и 114-ю (4 МЗс и 21 Т-60) танковые бригады и 92-й (8 Т-34 и 12 Т-60) отдельный танковый батальон. В таком составе корпус 25 мая перешёл в наступление. Противник встретил атаку танков сильным артиллерийским огнём и беспрерывными ударами с воздуха. К вечеру 25 мая танковые бригады с боем заняли Чепель. В течение этого дня танковые бригады уничтожили 19 немецких танков, 8 противотанковых пушек и до двух рот пехоты. Собственные потери корпуса составили 29 танков, из них – 5 Т-34 15-й танковой бригады. На следующий день наступление возобновилось, но уже безуспешно. За этот день, уничтожив четыре вражеских танка и два орудия, корпус потерял 14 боевых машин, из них 10 Т-34. Но усилия сводного корпуса не пропали даром.
В районе Чепеля 26 мая прорвалась из окружения крупная группа бойцов и командиров 6-й и 57-й армий. Все оставшиеся в кольце окружения танки были объединены в танковую группу генерал-майора Г. И. Кузьмина. Она состояла из остатков 5-й гвардейской, 7, 37, 38 и 43-й танковых бригад и 21-го и 23-го танковых корпусов. Группе была поставлена задача – прорвать оборону противника и вывести окружённые части в направлении Лозовенька – Садки – Чепель. По воспоминаниям очевидцев, в районе Лозовеньки приготовилась к прорыву группа из 60 танков. Танки построили клином, в голове которого поставили наиболее опытную и боеспособную 5-ю гвардейскую танковую бригаду, имевшую 14 танков (1 KB, 7 Т-34 и 6 Т-60). На броню машин положили раненых. Пехоту разместили внутри клина и предупредили, чтобы пехотинцы бежали вслед за танками, так как ни перегруппировок, ни остановок не будет. Из 22 тысяч человек, пошедших на прорыв, из окружения вышли 5 тысяч и 5 танков 5-й гвардейской танковой бригады (4 Т-34 и 1 Т-60).
Также в течение 26 мая прорвали кольцо окружения и вышли к своим танкисты 23-го танкового корпуса во главе с его командиром Героем Советского Союза генерал-майором танковых войск Е. Пушкиным. При этом они вывели из окружения большую группу военнослужащих 6-й и 57-й армий.
К моменту завершения боёв в котле 31 мая из окружения вышли 27 тыс. человек. Это была настоящая катастрофа. По советским данным в окружение попали 207 047 человек, 652 танка, 1 646 орудий и 3 278 миномётов. Однако в документах отмечалось, что «установить потери вооружения и техники из-за отсутствия документов по ряду соединений и частей, не представляется возможным». По немецким данным, во время боёв под Харьковом они взяли в плен 239 036 человек, уничтожили и захватили 1 249 танков, 2 026 орудий и 540 самолётов.
Вот что говорилось о действиях советских танковых частей в докладе о действиях в Харьковской операции 3-й танковой дивизии Вермахта:
Первый опыт боевого применения танковых корпусов весной 1942 года показал, что новые соединения не обладали необходимой оперативно-тактической самостоятельностью при ведении боевых действий, а в вопросах боевого и тылового обеспечения находились в полной зависимости от армий и фронтов. Всё это отрицательно сказывалось на результатах их боевых действий.
В июле 1942 года в штат корпуса был включён дивизион «катюш», насчитывавший 8 установок БМ-13, разведывательный и мотоциклетный батальоны. Несколько позже в корпус были включены две подвижные ремонтные базы, а также рота подвоза ГСМ для обеспечения второй заправкой топлива и масла.
Одновременно с формированием танковых корпусов в мае-июне 1942 начали создаваться танковые армии – 3-я (командующий – генерал А. И. Лизюков) и 5-я (командующий – генерал П. Л. Романенко). Первоначально боевой состав танковых армий определялся директивами на их формирование и был неодинаковым. Так, в состав 3-й танковой армии вошли два танковых корпуса, три стрелковые дивизии, две отдельные танковые бригады, артиллерийский полк и полк «катюш», в состав 5-й – два танковых корпуса, кавалерийский корпус, шесть стрелковых дивизий, отдельная танковая бригада, отдельный мотоциклетный полк, два отдельных танковых батальона. В конце июля 1942 года на Сталинградском фронте с использованием полевых управлений 38-й и 28-й армий были созданы соответственно 1-я и 4-я танковые армии, которые примерно через месяц были расформированы.
В результате тяжёлых поражений, которые потерпела Красная Армия в мае-июне 1942 года, обстановка на советско-германском фронте изменилась в пользу противника. Немцам удалось значительно улучшить положение своих войск и создать выгодные условия для проведения «главной операции» на юге Восточного фронта.
В 10 часов утра 28 июня 1942 года Вермахт начал генеральное наступление на Восточном фронте. К исходу дня оборона советских войск на стыке 13-й и 40-й армий была прорвана. К 30 июня немецкие войска расширили прорыв до 40 км по фронту и продвинулись на 35– 40 км в глубину обороны наших войск.
28 июня Ставка усилила Брянский фронт 4-м и 24-м танковыми корпусами Юго-Западного фронта. К участку прорыва выдвигался также 17-й танковый корпус из резерва Ставки ВГК и 1-й и 16-й танковые корпуса из резерва фронта. Советское командование предполагало, что контрудар этих корпусов должен остановить немецкое наступление.