С первых дней нового, 1942 года началась подготовка Барвенково-Лозовской наступательной операции. Операция проводилась силами Юго-Западного (командующий – генерал-лейтенант Ф.Я. Костенко) и Южного (командующий – генерал-лейтенант Р.Я. Малиновский) фронтов в районе Балаклея, Лозовая и Барвенково. В этом районе оборона противника носила не сплошной характер, а была организована в виде ряда опорных пунктов, приспособленных к ведению круговой обороны. Замысел советского командования заключался в том, чтобы совместным ударом смежных флангов двух фронтов прорвать оборону на стыке 6‐й и 17‐й немецких полевых армий между Балаклеей и Артемовском и, развивая наступление в общем направлении на Запорожье, выйти в тыл донбасско-таганрогской группировке противника, где плотность его войск была наибольшей, отрезать ей путь отхода в западном направлении, оттеснить к побережью Азовского моря и уничтожить.

Основной удар наносили 6‐я армия из состава Юго-Западного и 57‐я армия – Южного фронтов. В операции также были задействованы: от Юго-Западного фронта – 38‐я армия и 6‐й кавалерийский корпус, от Южного фронта – 37‐я, 12‐я и 9‐я армии, а также 1‐й и 5‐й кавалерийские корпуса. Поддержку с воздуха обеспечивали основные силы ВВС обоих фронтов. В дальнейшем для развития успеха на главном направлении предполагалось ввести одну армию из резерва Главного командования юго-западного направления и кавалерийский корпус. Часть сил Юго-Западного фронта наносила вспомогательный удар в направлении на Красноград с целью прикрытия северного фланга основных сил и создания более благоприятной диспозиции для последующего наступления на Харьков.

Оборону на направлении планируемого прорыва осуществляли части 6‐й и 17‐й полевой и 1‐й танковой армий из состава немецкой группы армий «Юг» (командующий – генерал-фельдмаршал фон Бок). Войска противника обладали общим численным превосходством над войсками Юго-Западного и Южного фронтов по пехоте и танкам в 1,3 раза, по орудиям и минометам в 2,6 раза.

Операция началась 18 января 1942 года. Две недели продолжались напряженные бои, в результате которых советским войскам удалось прорвать оборону противника на фронте протяженностью 100 км, продвинуться в западном и юго-западном направлениях на 90—100 км и захватить обширный оперативный плацдарм на правом берегу Северского Донца, с которого они могли наносить удары во фланг и тыл харьковской и донбасской группировкам противника.

Однако главную задачу – окружить и уничтожить крупную немецкую группировку – советским войскам полностью завершить не удалось. В условиях общего превосходства сил противника советские войска действовали недостаточно решительно, не приняли своевременно мер по расширению прорыва на его флангах. Это позволило противнику подтянуть резервы и организовать упорную оборону. Советские кавалерийские корпуса имели недостаточное усиление танками и артиллерией. Дала о себе знать слабая организация взаимодействия между фронтами, армиями и родами войск.

Тем не менее войскам противника были нанесены значительные потери, и немецкое командование не смогло перебросить отсюда части на другие направления, в том числе и к Москве, где началось контрнаступление советских войск на втором этапе битвы за столицу.