Средств для противодействия обходу города после убытия в 40-ю и 69-ю армию корпусов Вовченко и Баданова в распоряжении командующего 3-й танковой армии не было. Единственным резервом в руках генерал-лейтенанта П. С. Рыбалко был 18-й танковый корпус Б. С. Бахарова. Это соединение можно смело назвать ветераном «Скачка» и «Звезды». Обе операции он прошел от их взлета до падения. Сосредоточиваясь для контрудара совместно со 2-м и 3-м гвардейским танковыми корпусами и возвращаясь обратно в Чугуев, 170-я бригада корпуса успела «намотать» на гусеницы 11 марта лишние 80 километров и сжечь 8 тонн горючего, так и не увидев противника.
Однако вскоре 18-му корпусу пришлось вступить в бой с эсэсовскими частями. Боевая группа Баума (в которую входил батальон танкового полка дивизии «Тотенкопф») 13 марта вышла к населенному пункту Рогань, где «опрокинула» части 113-й стрелковой дивизии. Однако на пути дальнейшего продвижения эсэсовцев «Тотенкопфа» встали части корпуса Б. С. Бахарова. В бою за Рогань корпус заявил об уничтожении 5 танков противника огнем своих танков и 12 — артиллерией. Приданный 141-й танковый полк заявил об уничтожении еще трех немецких танков ценой потери одного Т-34 и 1 Т-70. В полку оставался один Т-34 и четыре Т-70. Ночью 14 марта 18-й танковый корпус получил приказ подчинить себе 173-ю отдельную бригаду Мишулина, выбить противника из Рогани и выйти на северо-восточную окраину Харькова. В 8.00 после залпа двух дивизионов РС два танка Т-34 и четыре Т-70 с десантом мотострелков пошли в атаку и выбили немцев из населенного пункта Рогань. Однако в 14.00 контратакой, поддержанной танками, советские части были отброшены назад. Совместно с 113-й стрелковой дивизией корпус занял оборону на полпути к селу Чугуево и Каменной Яруге. Согласно докладу командира корпуса, в боях за Рогань 13 и 14 марта было подбито 18 танков противника, два бронетранспортера и 7 автомашин. 173-я танковая бригада отчиталась о 13 танках, 15 орудиях ценой потери 12 Т-34. На 14 марта бригада насчитывала всего 7 танков. На следующий день, 15 марта, полк Баума начал наступление на село Чугуево при поддержке авиации. Впереди шел батальон полка на полугусеничных бронетранспортерах. Традиционно наступление поддерживали 20-мм счетверенные установки автоматических зенитных пушек, обрушившие шквал огня на дома, стоящие на окраинах. Снаряды зениток легко пробивали стены строений. К ночи 16 марта боевая группа Баума вышла к селу Чугуево.
Корпус Б. С. Бахарова мог задержать смыкание кольца вокруг Харькова на сутки или двое, и эту задачу он в целом выполнил. Поняв, что избежать окружения города не удастся, командующий 3-й танковой армией 15 марта принял решение вывести окружаемые в городе и его пригородах соединения. Радиосвязь с некоторыми из соединений отсутствовала, поэтому в приказе П. С. Рыбалко содержалось предписание по его получении информировать своих соседей. 62-я гвардейская стрелковая дивизия получила приказ первой в 14.00 15 марта. 179-я танковая бригада и 17-я бригада войск НКВД получили приказ в 19.00 того же дня. 19, 303-я и 350-я стрелковые дивизии, 104-я стрелковая и 86-я танковая бригады приказа не получили вследствие выхода из строя раций. Благодаря приписке «информировать соседа» приказ в конце концов был получен всеми соединениями. Так, находившийся при штабе 19-й стрелковой дивизии генерал-майор Е. Е. Белов, руководивший обороной города, получил информацию об отходе из штаба 62-й гвардейской стрелковой дивизии. Е. Е. Белов принял решение пробиваться в направлении на юго-восток, между селами Змиевом и Чугуевом. Прорыв должен был осуществляться двумя группами.
В первую входили 303-я и 350-я стрелковые дивизии, 17-я бригада НКВД, во вторую — 19-я стрелковая дивизия, 253-я и 104-я стрелковые, 86-я и 195-я танковые бригады. Прикрывать отход должна была 62-я гвардейская стрелковая дивизия. 315-й гвардейский минометный полк «катюш» под командованием подполковника А. Ф. Ганюшкина огневым валом «расчистил проход» для прорыва. Оставшись без снарядов, полк был вынужден подорвать поврежденные пусковые установки и сражался, как стрелковая часть. Прорыв был осуществлен в целом успешно, и к 17 марта защитники Харькова сосредоточились на восточном берегу реки Северский Донец. В ходе прорыва погибли командир 17-й бригады войск НКВД полковник И. А. Танкопий и командир 62-й гвардейской стрелковой дивизии гвардии генерал-майор Г. М. Зайцев. В состав 3-й танковой армии поступил 1-й гвардейский кавалерийский корпус, и при его поддержке армия организовывала оборону восточнее Харькова. Судя по докладу командующего армией генерала П. С. Рыбалко в штаб фронта, «при выходе из окружения в районе Харькова в армии осталось 9 танков», а потери в людях составили около 6 тыс. человек.
