尽管龙德施泰德在卡尔可夫地区集结了数万部队和数百辆坦克并下达了“死守卡尔可夫直到最后一人”的命令但红军沃罗涅日方面军已经从三面包围了该城：红军4o集团军各兵团从西北面7|从东面进攻；第五突击集团军从东南面；卡尔可夫南面的洛佐瓦亚一卡尔可夫铁路区段则被西南方面军第6集团军切断。现在德军只剩下卡尔可夫以南的一条狭窄的走廊通道。面对绝望的形势驻守卡尔可夫的第一装甲集团军42摩托化军的军长里特.告集团军群司令部允许其放弃卡尔可夫却遭到龙德施泰德的断然拒绝。
318红军开始强攻卡尔可夫。由于巨大的损耗和其他地段战斗的牵制苏联人只出动了8o辆坦克。但苏联步兵的数量还是占据了足够的优势。而且德军最后的通道被切断德国人的坦克再多也只有送给苏联人的份了。当天舒尔茨再次请求撤退。尽管没有得到批准他依然根据所谓“死守卡尔可夫直到最后一人但守卫者应该保证自己不被包围”的暧昧命令在第二天的216日丢下卡尔可夫夺路而逃。在撤退过程中德国陆军把物资和弹药全部弃之不顾却没有忘记把抢来的地毯、油画甚至苏联打字机装上汽车带走。
而在攻取卡尔可夫前沃罗涅日方面军最北段兵团——第6o团军也获得了胜利。该集团军司令切尔尼亚霍夫斯基只有36岁年轻而富于想象力宁可相信科幻相信死板的教条。在他指挥下红军粉碎了德军在季姆河的抵抗于26日逼近库尔斯克。为了防止德军调来预备队切尔尼亚霍夫斯基迅组织起进攻并在28日斯克。这座古老的俄罗斯城市沦陷了15个月。德国人在撤退前曾想将其炸毁却未能得逞。随后苏军继续向利戈夫进攻。
对红军来说收复卡尔可夫不仅意味着拿回了苏联4城市和诞生过t34克的重要工业基地乌克兰的“第二都”也意味着洗刷了个月前红军在卡尔可夫和基辅方向大惨败的耻辱。对于整个东线的战局来说形势再次变得扑朔迷离。