Обстановка в полосе Воронежского фронта позволяла противнику рассечь его войска на несколько изолированных группировок. Однако такая опасность не до конца учитывалась в Ставке ВГК. Она все еще пыталась изменить ход боевых действий в свою пользу без привлечения сильных резервов, а вводом в сражение лишь отдельных соединений. Воронежскому фронту были переданы 19-я стрелковая дивизия, 2-й гвардейский и 18-й танковый корпуса из Юго-Западного фронта, а также уже упоминавшийся 3-й гвардейский танковый корпус из резерва Ставки. Но стремление улучшить обстановку одновременно на всех направлениях привело к тому, что эти силы вводились в сражение разновременно, по частям, в отрыве друг от друга.
В свою очередь, немецкое командование, поставив задачу панцер-гренадерской дивизии «Великая Германия» развить наступление на белгородском направлении, одновременно нацелило главные силы 2-го танкового корпуса СС на овладение Харьковом.
Главным участником уличных боев за город стала дивизия «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер». Утром 11 марта тремя боевыми группами дивизия начала штурм Харькова со стороны Белгородского шоссе. Наименее удачно действовал 2-й панцер-гренадерский полк, который был остановлен контратаками 86-й танковой бригады. Второй полк дивизии продвигался быстрее и даже вышел к главной площади города. Однако контратаки 179-й танковой бригады заставили его отойти назад. В наихудшем положении оказался разведывательный батальон Курта Мейера, атаковавший Харьков с северо-востока при поддержке девяти танков и двух самоходных противотанковых пушек. Вследствие нехватки топлива наступление остановилось. Батальон занял круговую оборону на кладбище, контролировавшем дорогу на Чугуев. Вскоре батальон Мейера был окружен оборонявшими город советскими войсками.
К 12 марта генерал Гот поменял свое решение об использовании эсэсовских дивизий в штурме Харькова. Втягивание 2-го танкового корпуса СС в уличные бои означало возможность для защитников города вести бои до тех пор, пока это было целесообразно, а затем без помех покинуть Харьков. Поэтому командующий 4-й танковой армии приказал Хауссеру вывести из боев за город дивизию «Рейх», которая меняла дивизию «Тотенкопф», а последняя была брошена в обход Харькова с северо-востока. Углубившаяся в город на километр дивизия «Рейх» была отведена назад и разделена на две части. Полк «Дойчланд» был брошен на позиции к северу от Харькова, а полк «Фюрер» должен был обойти город с юга.
День 12 марта прошел под знаком решения генерала Гота на обход Харькова. С севера в обход города двинулась боевая группа Баума дивизии «Тотенкопф», сосредоточившаяся к вечеру в селе Байрак. К югу от Харькова изменил вектор своего наступления 48-й танковый корпус. Теперь он должен был атаковать в направлении населенного пункта Чугуев с цель охвата Харькова с юга. Однако наступление 11-й танковой дивизии с плацдарма у Змиева было неудачным, это соединение немцев встретило сильный огонь артиллерии и противотанковых орудий. На помощь 48-му корпусу выдвигалась 106-я пехотная дивизия.
После вывода из города дивизии «Рейх» соединение Дитриха — дивизия СС «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер» — продолжило штурм Харькова в одиночку. Уличные бои за крупный город всегда были непростой задачей. «Бичом» немецких танков и самоходных орудий стали наши 76,2-мм пушки, которые оборонявшие город советские войска устанавливали в подвалах и вели огонь вдоль улиц. В результате к ночи с 11 на 12 марта в «Лейбштандарте» оставалось всего 17 Pz.Kpfw.IV и 6 Pz.Kpfw.III. Все «Тигры» были в ремонте разной степени сложности, а два «Тигра» были потеряны безвозвратно. Для уличных боев в «Лейбштандарте» были организованы штурмовые группы, каждая из которых поддерживалась танком, а также 75-мм и 150-мм тяжелыми пехотными орудиями. Гренадеры 1-го полка «Лейбштандарта» продвигались вперед квартал за кварталом, уничтожая огневые точки огнем танковых или пехотных орудий. Вскоре они вышли к центральной площади города. Двигавшийся параллельным маршрутом 2-й панцер- гренадерский полк «Лейбштандарта» также постепенно вышел к центру города — площади Дзержинского. Батальон Пайпера вновь должен был выручать окруженных — разведывательный батальон Мейера на кладбище. На этот раз он возглавлял наступление всего панцер-гренадерского полка.
Средств для противодействия обходу города после убытия в 40-ю и 69-ю армию корпусов Вовченко и Баданова в распоряжении командующего 3-й танковой армии не было. Единственным резервом в руках генерал-лейтенанта П. С. Рыбалко был 18-й танковый корпус Б. С. Бахарова. Это соединение можно смело назвать ветераном «Скачка» и «Звезды». Обе операции он прошел от их взлета до падения. Сосредоточиваясь для контрудара совместно со 2-м и 3-м гвардейским танковыми корпусами и возвращаясь обратно в Чугуев, 170-я бригада корпуса успела «намотать» на гусеницы 11 марта лишние 80 километров и сжечь 8 тонн горючего, так и не увидев противника.
Однако вскоре 18-му корпусу пришлось вступить в бой с эсэсовскими частями. Боевая группа Баума (в которую входил батальон танкового полка дивизии «Тотенкопф») 13 марта вышла к населенному пункту Рогань, где «опрокинула» части 113-й стрелковой дивизии. Однако на пути дальнейшего продвижения эсэсовцев «Тотенкопфа» встали части корпуса Б. С. Бахарова. В бою за Рогань корпус заявил об уничтожении 5 танков противника огнем своих танков и 12 — артиллерией. Приданный 141-й танковый полк заявил об уничтожении еще трех немецких танков ценой потери одного Т-34 и 1 Т-70. В полку оставался один Т-34 и четыре Т-70. Ночью 14 марта 18-й танковый корпус получил приказ подчинить себе 173-ю отдельную бригаду Мишулина, выбить противника из Рогани и выйти на северо-восточную окраину Харькова. В 8.00 после залпа двух дивизионов РС два танка Т-34 и четыре Т-70 с десантом мотострелков пошли в атаку и выбили немцев из населенного пункта Рогань. Однако в 14.00 контратакой, поддержанной танками, советские части были отброшены назад. Совместно с 113-й стрелковой дивизией корпус занял оборону на полпути к селу Чугуево и Каменной Яруге. Согласно докладу командира корпуса, в боях за Рогань 13 и 14 марта было подбито 18 танков противника, два бронетранспортера и 7 автомашин. 173-я танковая бригада отчиталась о 13 танках, 15 орудиях ценой потери 12 Т-34. На 14 марта бригада насчитывала всего 7 танков. На следующий день, 15 марта, полк Баума начал наступление на село Чугуево при поддержке авиации. Впереди шел батальон полка на полугусеничных бронетранспортерах. Традиционно наступление поддерживали 20-мм счетверенные установки автоматических зенитных пушек, обрушившие шквал огня на дома, стоящие на окраинах. Снаряды зениток легко пробивали стены строений. К ночи 16 марта боевая группа Баума вышла к селу Чугуево.
Корпус Б. С. Бахарова мог задержать смыкание кольца вокруг Харькова на сутки или двое, и эту задачу он в целом выполнил. Поняв, что избежать окружения города не удастся, командующий 3-й танковой армией 15 марта принял решение вывести окружаемые в городе и его пригородах соединения. Радиосвязь с некоторыми из соединений отсутствовала, поэтому в приказе П. С. Рыбалко содержалось предписание по его получении информировать своих соседей. 62-я гвардейская стрелковая дивизия получила приказ первой в 14.00 15 марта. 179-я танковая бригада и 17-я бригада войск НКВД получили приказ в 19.00 того же дня. 19, 303-я и 350-я стрелковые дивизии, 104-я стрелковая и 86-я танковая бригады приказа не получили вследствие выхода из строя раций. Благодаря приписке «информировать соседа» приказ в конце концов был получен всеми соединениями. Так, находившийся при штабе 19-й стрелковой дивизии генерал-майор Е. Е. Белов, руководивший обороной города, получил информацию об отходе из штаба 62-й гвардейской стрелковой дивизии. Е. Е. Белов принял решение пробиваться в направлении на юго-восток, между селами Змиевом и Чугуевом. Прорыв должен был осуществляться двумя группами.
В первую входили 303-я и 350-я стрелковые дивизии, 17-я бригада НКВД, во вторую — 19-я стрелковая дивизия, 253-я и 104-я стрелковые, 86-я и 195-я танковые бригады. Прикрывать отход должна была 62-я гвардейская стрелковая дивизия. 315-й гвардейский минометный полк «катюш» под командованием подполковника А. Ф. Ганюшкина огневым валом «расчистил проход» для прорыва. Оставшись без снарядов, полк был вынужден подорвать поврежденные пусковые установки и сражался, как стрелковая часть. Прорыв был осуществлен в целом успешно, и к 17 марта защитники Харькова сосредоточились на восточном берегу реки Северский Донец. В ходе прорыва погибли командир 17-й бригады войск НКВД полковник И. А. Танкопий и командир 62-й гвардейской стрелковой дивизии гвардии генерал-майор Г. М. Зайцев. В состав 3-й танковой армии поступил 1-й гвардейский кавалерийский корпус, и при его поддержке армия организовывала оборону восточнее Харькова. Судя по докладу командующего армией генерала П. С. Рыбалко в штаб фронта, «при выходе из окружения в районе Харькова в армии осталось 9 танков», а потери в людях составили около 6 тыс. человек.
Достаточно успешному прорыву соединений, оборонявших город, и стабилизации обстановки в районе Харькова способствовало изменение направления движения 2-го танкового корпуса СС. Это соединение спешно сдавало позиции в районе Харькова 48-му танковому корпусу вермахта и разворачивалось для
