德军集结的坦克强击火炮总数在500辆左右，其中可用的大概一半。德国第4航空队也将尽力支持这次进攻。

相比之下，沃罗涅日方面军左翼的3个集团军，虽然总兵力在纸面上还有28万1千人，另有西南方面军第6集团军的64100人。但排除后勤和航空部队等等，13个步兵师很多只有3500-4000人，实际战斗部队少得可怜；可用坦克一共只有70辆（第3坦克集团军50辆），燃料只有个基数，野战炮因为没有牵引车而上不了战场。

在危机面前，戈利科夫倒还比较镇静。他一面命令已经推进到哈尔科夫西北100-150公里的方面军右翼第60、38集团军停止进攻，并抽调了3个步兵师和2个步兵旅到哈尔科夫南部及东南，还在哈尔科夫建立了城防司令部；一面计划让左翼受到威胁的第40、69集团军撤退。

斯大林也紧张了起来，下令刚刚晋升元帅的华西列夫斯基赶往沃罗涅日方面军，协助戈利科夫应付危机。同时，红军第64集团军也开始从斯大林格勒地域开往沃罗涅日方面军。但援兵最快也要3月9—10日才能赶到。

曼施坦因当然不会给苏联人调兵遣将的时间。还在3月2日早晨，党卫装甲军就结束了对西南方面军的追击，掉过头去打击沃罗涅日方面军的第3坦克集团军。3月4日到6日，整个德第4装甲集团军完成了变更部署，并开始进攻。

1943年3月4日，德第4装甲集团军向只有50辆坦克的坦克第3集团军猛扑了过去。在坦克第3集团军司令员雷巴尔科的指挥下，缺乏坦克和弹药的苏军利用毫米反坦克枪抵抗坚盔厚甲的德国坦克。在和强大德军的激战中，红军损失巨大，各坦克旅仅剩6辆坦克，各摩托化步兵营只有16—20人。德方后来宣称打死第3坦克集团军12000人，俘获了少量人员，61辆坦克和225门火炮。从缴获数字看，第3坦克集团军的确是山穷水尽了。至3月5日，除了第6近卫骑兵军以外，坦克第3集团军主力几乎丧失殆尽。但该集团军的拼死抵抗，还是将德军在2天内的进展，限制在6到8公里范围内。

3月6日，完成了进攻部署的德军正式开始了向哈尔科夫的攻势。曼施坦因下令将主攻方向移到了红军第69集团军和坦克第3集团军的结合部，并投入了党卫装甲军和第48装甲军。前者的坦克沿着公路攻击西面的瓦尔基；后者则从西南迂回东面的搭拉诺夫卡。苏军在这一线力量单薄，防线很快就被德国坦克拉开一个15公里宽的口子，德国装甲纵队得以沿着这个口子迅速北上，并向哈尔科夫靠拢。

3月7日，德国“劳斯”军也加入了进攻，并把红军坦克第3集团军残部赶到了北面的姆扎河一线。在进攻和遏制苏军反击过程中，“虎”式坦克再度取得了巨大成功。德军“大日耳曼”宣称，其配属的2辆“虎”，在一个小村里从1230-1500米距离上，前后击中了34辆苏军坦克。惊慌失措的俄国坦克手发现，T-34坦克过去对其他德国坦克的安全距离，在“虎”面前已经变成了致命地带。

苏联人当然不会坐以待毙。为了救援沃罗涅日方面军和哈尔科夫，红军在3月8—9日对进攻德军的侧翼实施了反击：德军东翼，3月8日，已经退过北顿涅茨河的西南方面军在斯大林严令下，准备以近卫坦克第2军和三个步兵师，从兹米约夫实施牵制性突击；德军西翼，红军第40集团军在柳博京以西发动突击，但被德国人击退。当天，红军第69集团军和坦克第3集团军之间的缺口已经被扩大为45公里宽，苏联组织的一个营捷克斯洛伐克军队也参加了战斗。斯大林只得下令从西南方面军抽调坦克第18军，从大本营预备队抽调近卫坦克第3军前往增援。但这些部队本身都是残兵败将居多，派不上什么用场。

在兵力和装备上处于劣势的苏联人，已经没有什么办法阻止德国人的攻击了。3月10日，缺口进一步被扩大为60公里宽。红军沃罗涅日方面军左翼南部阵地已经门户大开！

同一天，在沃罗涅日方面军左翼西面，德中央集团军群所属的第52军（4个师）、第7军（3个师），也开始攻打红军第40集团军。南方集团军群则以“大日耳曼”师和1个步兵师从侧翼保障这次攻势。