В течение последующих двух суток внимание главкома было приковано к обстановке, создавшейся в результате контрудара немецких танковых дивизий на стыке 28-й и 38-й армий. Тимошенко перенацелил сюда практически всю авиацию Юго-Западного фронта, ввел в сражение 3-й гвардейский кавалерийский корпус. В результате противник был остановлен, соединения 21-й армии продолжали развивать успех в глубине вражеской обороны. Серьезно беспокоило маршала и снижение темпов наступления южной ударной группировки. Противник усилил здесь оборону подошедшими из резерва двумя пехотными дивизиями, его авиация господствовала в воздухе. Тимошенко поставил задачу генералу Малиновскому активизировать действия своих воздушных сил, организовать переход в наступление нескольких соединений 57-й армии. Одновременно он передал из резерва генералу Бобкину 343-ю стрелковую дивизию.
Наступило утро 16 мая. Соединения северной ударной группировки в течение прошедшей ночи продвинулись всего на 2 - 3 километра, отражая многочисленные контратаки противника. Более успешно действовали войска оперативной группы генерала Бобкина. Части 6-го кавалерийского корпуса захватили несколько переправ через реку Берестовая. В полдень перешла в наступление 150-я стрелковая дивизия 57-й армии. Она прорвала оборону противника на глубину 7 10 километров. По мнению Тимошенко, наступило, наконец, время ввода в сражение фронтовой подвижной группы. На рассвете следующего дня он, находясь на фронтовом КП, уточнил задачу командирам 21-го и 23-го танковых корпусов, определив цель их действий - нанесение стремительного удара на Харьков с юга. Поступившие спустя два - три часа донесения от генералов Кузьмина и Пушкина обнадеживали - подвижная группа, прорвав промежуточный оборонительный рубеж противника, продвинулась на север на 10 - 12 километров. Однако главные события этого дня произошли не здесь, а в полосе 9-й армии, о чем главком узнал лишь поздним вечером.
...Утро 17 мая командующему 9-й армии генералу Харитонову стало, пожалуй, самым памятным в его боевой жизни. Ночью он прибыл на вспомогательный пункт управления, развернувшийся в селе Долгенькое. В 5 часов 45 минут на оборонительные позиции армии, места расположения штабов соединений, районы сосредоточения войск обрушились тысячи снарядов и мин. Вслед за мощным ударом вражеской артиллерии в атаку устремились .танки и мотопехота. Харитонов услышал нарастающий гул самолетов. Раздались взрывы авиабомб. Загорелись здания. Из штаба и узла связи выскакивали бойцы и командиры. К командующему подбежал радист. Вызывал генерал Егоров - командир 150-й стрелковой дивизии.
- Веду тяжелые бои! В полосе дивизии до ста вражеских танков. Понес большие потери. Боевые порядки бомбит авиация,- доносил комдив.
Ответить ему Харитонов не успел. Связь прервалась. Командующий приказал соединить себя с командирами других дивизий. Переговорил по радио с Дмитриевым и Лященко. Вскоре прибыл офицер из дивизии Егорова. Обстановка постепенно прояснялась.
После двухчасовой авиационной и артиллерийской подготовки в контрнаступление перешла группировка, возглавляемая Клейстом, в составе одиннадцати дивизий. Она, как стало известно позже, насчитывала около 360 танков. Удар был нанесен в полосе сорок километров, преследуя цель рассечь оборону 9-й армии, окружить и уничтожить ее соединения восточнее Барвенково, выйти на реку Северский Донец, форсировать ее и нанести удар на Балаклею.
Там наступавшие должны были соединиться с войсками 6-й армии Паулюса, оборонявшими чугуевский плацдарм, завершить окружение группировки советских войск внутри барвенковского выступа.
Командующий войсками Южного фронта узнал о наступлении противника только во второй половине дня, когда враг уже завершал прорыв тактической зоны обороны. Обстановка резко обострилась. На стокилометровом фронте 9-й армии противник превосходил советские войска по пехоте в 1,4 раза, по количеству орудий - вдвое, а танков - в 5,5 раза. Еще большим превосходством он обладал на участке прорыва. Особую опасность представляли вражеские танки. Обороняясь в столь широкой полосе, 9-я армия не имела второго эшелона. Ее оборона носила очаговый характер. Отсутствовали вторые эшелоны и в дивизиях. Общая плотность артиллерии составляла пять - шесть орудий и минометов на километр фронта, противотанковых орудий - в три раза меньше. Не было артиллерийских противотанковых резервов, чрезвычайно слабым оказалось и зенитное прикрытие.
К исходу дня гитлеровцы прорвались в оперативную глубину. Главком, все еще не располагая полной и достоверной информацией об обстановке, интуитивно ощущал возникшую опасность. Он возложил задачу разгрома прорвавшейся в районе Барвенково группировки противника на 2-й и 5-й кавалерийские корпуса (резерв Юго-Западного и Южного фронтов), которые вводились в сражение в полосе 14-й гвардейской стрелковой дивизии 57-й армии. Общее руководство их действиями Тимошенко поручил генералу Тамручи. Обсудив сложившееся положение с Баграмяном, в 17.30 17 мая главком доложил Сталину: