Несмотря на то что Харьков был потерян, Ставка ВГК не теряла надежды на разгром харьковской группировки противника. 15 марта представитель Ставки Маршал Советского Союза А.М. Василевский представил И.В. Сталину соответствующий план[116]. Он отмечал, что наступление подвижной группы противника из района Борисовки, стремившейся захватить Белгород и во взаимодействии с ударом частью сил из района Липцев на север окружить советские войска южнее города, остановлено. Направления от Харькова на север по Белгородскому шоссе и северо-восточнее Харькова в обход Белгорода с востока прикрывает 69-я армия, усиленная 2-м гвардейским танковым корпусом (до 120 танков). Войска 3-й танковой армии в тяжелых условиях продолжают выход на восточный берег р. Северский Донец на рубеж Мартовая, Печенега, Чугуев, Шелудьковка. Противник, преследуя соединения армии, подошел к западной окраине Чугуева. Соединения 21-й армии должны были к утру 16 марта завершить развертывание на р. Псел в районе Обояни.
Маршал Василевский, учитывая сложившуюся обстановку, предлагал к утру 17 марта выдвинуть 21-ю армию на рубеж Пены (15 км восточнее Белого), Покровка, Гостищево и с этого рубежа 18–19 марта перейти в наступление в общем направлении через Борисовку, Золочев в обход Харькова и харьковской группировки противника с запада. С выходом армии южнее Борисовки намечалось усилить ее 3-м гвардейским танковым корпусом. Войска 40-й армии должны были прикрыть выход 21-й армии на указанный рубеж, а затем ударом на Ахтырку обеспечить фланг этой армии. Одновременно 69-й армии, усиленной 2-м гвардейским танковым корпусом, предстояло нанести удар по Харькову с севера и северо-востока. Общая цель операции – вырвать инициативу у противника севернее и северо-западнее Харькова, разбить харьковскую группировку противника и тем самым еще до подхода 1-й танковой армии ликвидировать угрозу наступления противника на север, в тыл армиям Воронежского фронта или на восток. 3-ю танковую армию планировалось с 16 марта передать в состав Юго-Западного фронта, которому предстояло прочно оборонять восточный берег р. Северский Донец. Одновременно предполагалось по мере прибытия дивизий 64-й армии выдвигать их на р. Северский Донец на рубеж Белгород, Волчанск. 1-ю танковую армию планировалось, по мере прибытия в Курск ее корпусов, сосредоточить в районе Обоянь, Медвенское, чтобы прочно обеспечить как сумское, так и конотопское направления.
Сталин, утвердив план маршала Василевского, подписал директиву № 30076 Ставки ВГК о передаче с 6 часов 16 марта 1943 г. 3-й танковой армии из Воронежского фронта в состав войск Юго-Западного фронта[117].
В ночь на 16 марта соединения 3-й танковой армии начали прорыв к своим войскам. Остатки 253-й стрелковой бригады, 179-й отдельной танковой бригады и один батальон 17-й бригады войск НКВД, будучи отрезаны от основной группировки войск, были объединены под командованием командира 179-й отдельной танковой бригады полковника Рудкина. Они прорвались в северо-восточном направлении и вышли к своим войскам на восточный берег Северского Донца южнее Волчанска. Остальные соединения армии прорывались в общем направлении на Скрипаи. В ходе прорыва погибли командир 17-й бригады войск НКВД полковник Тонкопий и командир 62-й гвардейской стрелковой дивизии генерал-майор Зайцев. К исходу 17 марта выход частей 3-й танковой армии из боя в основном завершился.
18 марта противник овладел Белгородом. Однако его попытки развить наступление на Волчанск и Обоянь были отражены перегруппированными на эти направления 64-й (из-под Сталинграда) и 21-й (с Центрального фронта) армиями. Кроме того, в районе Обояни сосредоточивалась 1-я танковая армия. В результате принятых Ставкой ВГК мер направление на Курск с юга было надежно прикрыто. 25 марта войска Воронежского фронта, отойдя в ходе оборонительных сражений на 100–150 км, остановили противника на рубеже Краснополье, Белгород и далее по р. Северский Донец до Чугуева, образовав здесь южный фас так называемого Курского выступа.
В результате Харьковской оборонительной операции были сорваны планы противника на окружение советских войск в районе Харькова, и тем самым разбиты его надежды взять реванш за Сталинград. Он не сумел вернуть стратегическую инициативу и перейти к третьему этапу контрнаступления – совместными действиями групп армий «Юг» и «Центр» окружить и уничтожить советские войска под Курском. На исходе операции отрицательно сказалась ошибочная оценка командующими фронтами замысла противника и переоценка сил и возможностей своих войск. Немаловажное значение имело и то, что западные союзники СССР, несмотря на просьбы советского Верховного Главнокомандования активизировать свои боевые действия, в феврале – марте, по существу, прекратили активные действия в Северной Африке, что позволило противнику перебросить на Восточный фронт силы с других театров военных действий.