12 травня 1942 року силами Брянського, Південно-Західного і правого крила Південного фронтів під командуванням маршала Семена Тимошенка з Ізюмського плацдарму розпочато наступ проти німецьких військ групи армій «Південь». Із-за оперативно-стратегічних помилок радянські війська були оточені і зазнали великих втрат - 170 958 убитими, зниклими безвісти або захопленими у полон та 106 232 пораненими
У кінці лютого 1942 року, після успішного відбиття німецького наступу на Москву, радянське верховне командування прийняло рішення розпочати активні дії на інших ділянках радянсько-німецького фронту. Завдяки евакуйованим за Урал підприємствам і проведеній мобілізації вдалось не тільки поповнити діючі частини Червоної армії, а й створити 9 резервних армій. 1 травня Йосип Сталін, як Головнокомандуючий, поставив задачу «домогтися того, щоб 1942 став роком остаточного розгрому німецько-фашистських військ».
У січні 1942 року війська Південно-Західного фронту провели успішний наступ в районі Ізюма, в результаті якого був створений плацдарм на західному березі річки Сіверський Донець в районі Барвінкове, який відкривав можливість подальшого наступу під Харковом. Тому однією із запланованих наступальних операцій була харківська, метою якої був вихід до Дніпропетровська, розкол і знищення німецької групи армій Південь. У той же час командування вермахту планувало ліквідувати Барвінківський плацдарм, почавши наступ 18 травня.
Однак Червона армія почала наступ раніше, 12 травня 1942 року, залучивши до наступу, яким керували маршал Семен Тимошенко, генерал-лейтенант Родіон Малиновский, начальник штабу Іван Баграмян, член воєнради Микита Хрущов, 765 300 чоловік особового складу. Їм протистояло 640 тисяч німецько-румунсько-італійських військ під командуванням фельдмаршала Федора фон Бока. До 16 травня Червоній армії на центральному напрямі вдалось просунутись на 20-35 кілометрів. За задумом, з півночі його мали підтримати війська Брянського фронту, які мали б оточити супротивника в районі Харкова, а на півдні - разом із силами Південного фронту мав початися проривний наступ.
Але, не дивлячись на півторамісячну підготовку до операції, оборонні та інженерні укріплення були створені лише на довжині 11 кілометрів зі 180-кілометрового фронту, бойові порядки дивізій не мали ешелонного і резервного підкріплення; крім того, наступ Південного фронту ніяк не узгоджувався з реальною ситуацією в центрі наступу. Неправильно були оцінені і плани німецьких військ - виключаючи можливість контр-наступу, їх дії розцінювались як підготовка до оборони.
17 травня армія вермахту силами бронетанкових військ нанесла удар з північного і південного напрямків в тил наступаючим частинам Червоної Армії. Наступного дня Василевський запропонував припинити наступ, однак Тимошенко і Хрущов вважали загрозу оточення перебільшеною і Сталін не дав дозволу на відступ. В результаті до 23 травня значна частина військ ударного угруповання Червоної Армії опинилася в оточенні в трикутнику Мерефа - Лозова - Балаклія, а після триденних невдалих спроб вийти з оточення силами масованих атак піхоти, вцілілі радянські війська виявились оточеними на площі 15 км2 в районі містечка Барвінкове. Спроби прорвати оточення зі сходу блокувалися наполегливою обороною німців за активної підтримки авіації. 28 травня Тимошенко видав наказ про припинення наступальної операції, але на цей час з «Барвінківської пастки» вдалось вирватись не більше 10% оточених.
В результаті провалу Харківського наступу, оборона радянських військ на Південному і Південно-Західному фронтах виявилася кардинально ослабленою, і німецькі війська розпочали успішний наступ: 23 липня було захоплено Ростов-на-Дону, що відкривало шлях на Кавказ і Волгу в районі Сталінграда.
