В полосе наступления 40-й армии противник оказывал слабое сопротивление. С севера к Харькову продвигалась танковая группа (116-я танковая бригада, 59, 60 и 61-й отдельные танковые полки) полковника В.Г. Романова. Одновременно в наступление перешел 5-й гвардейский танковый корпус (20 танков), который прибыл из района Касторное. 13 февраля они освободили Дергачи и Ольшаны, охватив Харьков с северо-запада. Используя успех танковых соединений, стрелковые дивизии 40-й армии подошли к северной и северо-западной окраинам Харькова.
Утром 15 февраля войска 40, 69 и 3-й танковой армий начали штурм Харькова. Город удерживал 2-й танковый корпус СС, имевший 200 танков. На всем фронте завязались ожесточенные бои. Преодолевая яростное сопротивление противника, соединения 3-й танковой и 69-й армий прорвали внутренний обвод и проникли в город, а 5-й гвардейский танковый корпус совместно с 340-й стрелковой дивизией ворвался на его западную окраину. Видя бесперспективность сопротивления и опасаясь окружения, 2-й танковый корпус СС начал отходить в юго-западном направлении. К 12 часам 16 февраля Харьков был полностью очищен от врага.
После освобождения Харькова 3-я танковая и 69-я армии получили задачу наступать на Полтаву, а остальные силы фронта – на запад. К этому времени 3-я танковая армия насчитывала 49 663 человека, 110 танков, 1044 минометов различных калибров, 318 орудий и 189 противотанковых пушек[105]. Войска были сильно переутомлены беспрерывными боями и понесли большие потери: 11,5 тыс. человек убитыми, ранеными, контуженными и пропавшими без вести, 66 орудий, 40 противотанковых пушек и 45 танков[106]. В этой связи генерал Рыбалко докладывал Военному совету Воронежского фронта: «Войска требуют хотя бы суточного, трехсуточного отдыха и приведения себя в порядок, приема пополнения. За эти дни части понесли очень большие потери в людском составе и матчасти, особенно большие потери в командном составе». Ответ командующего фронтом от 19 февраля гласил: «До выхода за р. Коломак на рубеже Константиновка, Артемовка предоставлять войскам дневку не разрешаю. Голиков». В новой шифровке от того же числа подчеркивалось:
«До Киева осталось около 400 км, до разлива рек, приведения в труднопроходимое состояние дорог осталось 25 суток. Крепко учтите это и обеспечьте всеми мерами такие темпы продвижения, чтобы р. Днепр до распутицы была, безусловно, за нами. На основе Ваших расчетов предъявите требования войскам. Используйте гидрометеоотделение Вашего штаба и постоянно держите в курсе метеообстановки войска»[107].
Войска 3-й танковой армии, преодолевая сопротивление арьергардов противника, медленно продвигались на запад, производя в то же время перегруппировку для планировавшегося наступления на Полтаву. Однако к этому времени обстановка резко изменилась. Противник, перейдя 19 февраля в контрнаступление, отбросил войска Юго-Западного фронта к Северскому Донцу. В результате левое крыло Воронежского фронта оказалось неприкрытым. В этой связи 3-й танковой армии было приказано прекратить подготовку к наступлению на Полтаву, после подхода частей 69-й армии передать им занятые рубежи и форсированным маршем занять район Карловка, Красноград. На Южную группу войск (6-й гвардейский кавалерийский корпус, 184, 219 и 350-я стрелковые дивизии, 201-я отдельная танковая бригада), созданную 24 февраля под командованием генерала С.В. Соколова, возлагалась задача по уничтожению противника и овладению рубежом Козачий Майдан, Шляховая, Ленинский Завод.
12-й танковый корпус, преодолевая упорное сопротивление противника, совместно с 25-й гвардейской стрелковой дивизией и частью сил 305-й стрелковой дивизии 69-й армии 25 февраля овладел Валками. 27 февраля танковые корпуса 3-й танковой армии вышли к Варваровке, где встретили упорное сопротивление противника и были остановлены. Тогда было принято решение овладеть Красноградом ударом с востока. 15-й танковый корпус, имея 19 танков, занял Кегичевку, сюда же 28 февраля вышел и 12-й танковый корпус, в котором было 20 танков. Здесь танковые соединения вынуждены были ожидать машины с горючим.
