На левом фланге 9-й армии ударная группа немецких войск к 14 часам вышла в район Долгенькая, Голая Долина. Отдельные группы немецких танков и пехоты, посаженной на танки и автомобили, стали распространяться в западном и восточном направлениях, стремясь охватить части 5-го кавалерийского корпуса и захватить переправы через реку Сев. Донец. Однако эти намерения противнику осуществить не удалось.
К 17 мая 1942 года 12, 15 и 121-я танковые бригады 9-й армии имели в строю 52 танка (шесть КВ, 18 Т-34,25 Т-60 и три Pz.HI). В середине дня, через несколько часов после начала немецкого наступления, связь между 15 и 121-й бригадами была восстановлена, и командование этих соединений в дальнейшем согласовывало свои действия. 12-я бригада (два КВ и восемь Т-34) имела связь только со штабом 5-го кавкорпуса.
Танки 121-й танковой бригады (три КВ, восемь Т-34, 20 Т-60, три Pz. III) были выдвинуты на южную опушку леса восточнее Хрестище и поставлены в засаду. 15-я танковая бригада (один КВ, два Т-34, пять Т-60) получила задачу контратаковать противника в направлении Хрестище — Глубокая Макотыха. Танки и мотопехота вышли на южную окраину Хрестище, соединились с танками 121-й бригады и далее действовали совместно.
Колонна противника из 40 танков и 50 грузовых машин, двигавшаяся на Никольское, была встречена нашими танками и вынуждена свернуть с намеченного маршрута. Затем танки 15 и 121-я танковые бригады рассеяли другую автоколонну противника южнее Хрестище.
Вступая в бой по собственной инициативе, части 5-го кавалерийского корпуса отбили атаки немцев из района Долгенькая. Попытки противника выйти к переправам через реку Сев. Донец были отражены частями 333 и 51-й стрелковых дивизий.
Что касается 12-й танковой бригады, то ее участие в боях оказалось довольно пассивным. Правда, к утру 17 мая она насчитывала всего 10 танков (2 КВ и 8 Т-34), 2 45-мм пушки, зенитную батарею, 2 82-мм миномета, 3 ПТР, 5 ручных и станковых пулеметов и мотострелковый батальон в «140 активных штыков», представляя таким образом, усиленную танковую роту. В 12.00 штаб 5-го кавкорпуса передал распоряжение о приведении бригады в боевую готовность. Через час было получено распоряжение об атаке противника в направлении Долгенькая совместно со стрелковым полком 9-й армии. Однако бригада не нашла полка, и атака не состоялась. В 19.00 со стороны Адамовки до батальона пехоты атаковали Краснополье, но встретив сопротивление мотострелкового батальона 12-й бригады, отошли.
Штаб Южного фронта узнал о начавшемся наступлении противника лишь во второй половине дня, когда немцы уже завершали прорыв нашей обороны. В штаб Юго-Западного направления об этом было доложено только к исходу дня, когда фронт 9-й армии был повсеместно прорван. На правом фланге в северо-западной части Барвенково продолжали сражаться подразделения 341-й стрелковой дивизии и 1118-й полк 333-й стрелковой дивизии. Далее между Барвенково и свх. Ильичевка, образовался разрыв, в котором наших войск не было.
Части правого фланга и центра 57-й армии оставались на прежних рубежах, а на стыке с 9-й армией загнули фланг к северу. На левом фланге 351-й стрелковой дивизии 57-й армии оборонялись отошедшие сюда подразделения 341-й стрелковой дивизии 9-й армии.
На стыке 57 и 9-й армий также образовался разрыв шириной 20 км, не занятый нашими войсками. В глубине расположения войск 57-й армии, западнее и северо-западнее Барвенково был сосредоточен 2-й кавалерийский корпус, составлявший резерв Главнокомандующего Юго-Западным направлением. В резерве командующего 57-й армией находились два полка 14-й гвардейской стрелковой дивизии. Никаких распоряжений от командования о выдвижении и вводе в бой эти войска не получили, весь день оставались на месте и потому какого-либо влияния на ход событий, происходивших на стыке
57 и 9-й армий, не оказали. Удаление этих войск от линии фронта к исходу 17 мая составляло 18–28 км.