В 7 часов утра 13 августа, после получасовой артподготовки, соединения первого эшелона 53-й А перешли в наступление и полностью ликвидировали опорный пункт 168-й немецкой пд в районе Дергачей, части 28-й гвардейской и 84-й стрелковых дивизий овладели районным центром и железнодорожной станцией Дергачи (поселок Дергачи протянулся на 6 км вдоль дороги Харьков – Золочев, располагаясь по обоим берегам речки Лопань, причем его южная окраина находилась всего в нескольких километрах от Харькова), а также близлежащими населенными пунктами Замирцы, Лозовенька. Отразив несколько контратак 3-й танковой и 168-й пехотной дивизий, к 21 часу стрелковые части 299-й сд при поддержке бронетехники 1-го мк продвинулись до рубежа Полевое – Северный Пост, где встретили упорное сопротивление боевых групп 167, 168 и 106-й немецких пехотных дивизий, укрепившихся на северной окраине протяженного лесного массива. Вся северная опушка этого леса, а также населенные пункты Семеновка и Зайчик, расположенные на главных дорогах, ведущих через лесной массив, были подготовлены противником к обороне.
Войска 69-й А ликвидировали крупные опорные пункты и узлы сопротивления немецких 198-й и 320-й пехотных дивизий в районах Черкасское Лозовое, Большая Даниловка и, уничтожив здесь до 1 тыс. немецких солдат и офицеров, 12 орудий, 7 минометов, а также захватив 13 орудий и 37 пулеметов (по советским данным[945] вплотную подошли к внутреннему городскому обводу на северной окраине Харькова. В центре своей полосы наступления 69-я А вклинилась в глубину внутреннего обвода, захватив один из опорных пунктов в системе обороны – поселок Сокольники, и завязала бои в городском районе Журавлевка, откуда оставалось около 2 км до центральной площади Харькова (советские власти называли ее площадью имени Феликса Эдмундовича Дзержинского, а германские – имени панцер-гренадерской дивизии «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер»). С другой стороны, по немецким данным[946] в период с 11 по 14 августа частям 198-й пд генерала Хорна удалось уничтожить 36 советских танков и САУ.
7-я гв. А завершила прорыв внешнего обвода на участке Циркуны – Ключкин, на стыке 320-й и 282-й немецких пехотных дивизий, и развивала наступление в общем направлении на Лосево. Ударами по левому флангу немецкой 282-й пд, удерживавшей восточный фас внешнего оборонительного обвода, войска 7-й гв. А отбросили вражеские части и вышли на рубеж Ключкин – Заики, способствуя продвижению правого фланга 57-й А. К исходу 13 августа 7-я гв. А своим правым флангом вышла к северо-восточной окраине Харькова в район Шевченки, а на левом фланге ее войска завязали бои за Лосево.
Одновременно 57-я А основными силами форсировала реку Роганка, а на правом фланге, используя успех 7-й гв. А, прорвала промежуточный оборонительный рубеж противника по западному берегу этой реки и внешний обвод Харьковского укрепленного района на стыке участков обороны 282-й и 39-й немецких пехотных дивизий. К исходу дня части 57-й А вышли на рубеж Горбачев – Федорцы – Лялюки – Введенское.
Авиация 5-й ВА 13 августа совершила 452 самолето-вылета, основная часть из которых была выполнена для ударов по колоннам войск и техники противника вдоль дорог Харьков – Люботин, Харьков – Мерефа; на бомбардировку и штурмовку целей на западной и южной окраинах Харькова и в районе Мерефы; для поддержки наступления в полосе 53-й, 7-й гвардейской и 57-й армий[947]
Согласно боевому донесению штаба СтепФ Верховному главнокомандующему о ходе наступательной операции, подготовленному к 24.00 13 августа 1943 года[948] войска фронта ночными боями и с рассвета 13 августа продолжали наступление, прорвали оборону противника и к исходу дня продвинулись на правом фланге до 4–5 км, в центре – до 9 км, на левом фланге – до 12–15 км. В центре войска ворвались на окраину северной части города Харькова, в парк имени Горького, в район Журавлевка, на кирпичный завод, а южнее Харькова танковой бригадой вели бой за Жихорь. В результате дневного боя занято 43 населенных пункта, в том числе железнодорожная станция Дергачи и крупные населенные пункты Черкасское-Лозовое, Большая Даниловка, Ново-Покровское, взято в плен 63 солдата и офицера противника.
53-я А с 1-м мк прорвала оборону противника, овладела Семеновкой, Зайчиком, Малой Даниловкой, к исходу дня вела бой за Полевое и передовыми частями – за Северный Пост.
69-я А, прорвав оборону противника, овладела Алексеевкой, Померками, Медучилищем, Сокольниками, ипподромом и тринадцатью северными кварталами города Харькова, к исходу дня вела бой на улицах Ростовская и Бондаренковская.
7-я гв. А после упорного боя овладела Большой Даниловкой, Прелестным, хутором Бражники, хутором Заикин (7 км восточнее Харькова), к исходу дня вела бой на рубеже северо-восточная окраина Шевченки – хутор Кулиничи – тракторный завод.