3月4日到6日，整个德军第4装甲集团军都行动起来。他们的目标是苏联坦克第3集团军，虽然名曰“集团军”，此时却只有50辆坦克可用。苏军只好用14.5毫米反坦克枪抵近密集的德国坦克群，用血肉之躯与坦克肉搏。一番恶战下来，红军损失巨大，一个摩托化步兵营往往打到不足20人。

战至3月5日，坦克第3集团军主力几乎被消灭殆尽。德军宣称在这次战役中打死了12000名苏军，缴获了61辆坦克和225门火炮。

3月6日，德军直接向哈尔科夫发起攻势。战斗中，“虎”式坦克充分展现了它的威力。德军“大日耳曼”师宣称，其配属的2辆“虎”，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。

3月10日，红军沃罗涅日方面军左翼的缺口被扩大到60公里，门户大开!当天午后，德军先锋“希特勒”师已经进抵哈尔科夫北郊，“帝国”师也从西面和南面杀来。第4航空队出动1800架次飞机支援这次行动，封锁住了苏军去往哈尔科夫的通道。

3月10日上午，希特勒本人再次视察南方集团军群司令部，给前线部队打气。受到鼓舞的党卫装甲军决心拿下哈尔科夫作为献给希特勒的礼物，

3月11日以“骷髅”师在第320步兵师配合下，由北面迂回，同时以“希特勒”师和“帝国”师直接杀向城区。

之后两天里，哈尔科夫城内爆发了激烈的巷战。

3月13日只剩下22辆可用坦克，甚至装甲坚固的“虎”式也全部受损，被迫退出战斗。但德军依然在步步推进。苏联守军的退路已经被切断，只能靠夜航飞机投下的少量补充品维持。