За время с 15 по 19 мая войска 6-й армии продвинулись на главном направлении на 15–20 км. Глубина продвижения армейской группы составила 32 км на главном направлении и от 15 до 20 км на второстепенных. За все время наступления на главном направлении Мерефа, Харьков глубина продвижения войск 6-й армии составила 28 км, войск армейской группы — 60 км. Общий фронт наступления составил 145 км, из которых 55 км приходилось на полосу наступления 6-й армии, 35 км на полосу наступления 6-го кавалерийского корпуса и 55 км на полосы наступления двух левофланговых дивизий армейской группы.
Оценив создавшуюся обстановку на фронте 9-й армии и левом фланге 57-й армии, главнокомандующий Юго-Западным направлением 19 мая отказался от продолжения наступления на Мерефу и Красноград и решил сосредоточить все силы южной группировки Юго-Западного фронта на разгром немецких сил, наступавшей из района Барвенково.
В 17 часов 20 минут 19 мая маршал С. К. Тимошенко передал по прямому проводу свой боевой приказ № 00320, согласно которому все соединения 6-й армии и армейской группы должны были перейти к обороне на достигнутых рубежах и приступить к перегруппировке сил и выполнению новых задач. Из всех соединений армейской группы, а также 253, 41, 266-й стрелковых дивизий, 5-й гвардейской, 48-й танковых бригад и части артиллерийских средств усиления 6-й армии образовывалась новая армейская группа под командованием заместителя командующего Юго-Западным фронтом, который для управления войсками использовал штаб прежней армейской группы. Этой группе была поставлена задача с утра 20 мая перейти к обороне на фронте Змиев, Караван, Красноград, Сахновщина и главные силы 6-го кавалерийского корпуса вывести в резерв. Одновременно армейская группа должна была сильным отрядом овладеть районом города Змиев и переправами через реку Северский Донец в районе Черемошной.
В составе 6-й армии остались 337, 47, 103, 248-я и 411-я стрелковые дивизии, 21-й и 23-й танковые корпуса, 37-я танковая бригада и шесть артиллерийских полков РГК. Вся армия должна была силами 337-й и 47-й стрелковых дивизий оборонять правый берег реки Северский Донец от Балаклеи до Змиева и, удерживая переправы на реке Берека, скрытно развернуть главные силы армии на рубеже Большая Андреевка, Петровская и, разгромив во взаимодействии с 9-й и 57-й армиями барвенковскую группировку противника, восстановить положение на правом фланге Южного фронта.
Боевым приказом № 00320 предусматривалось также нанесение удара силами четырех стрелковых дивизий и двух танковых бригад левого фланга 38-й армии навстречу войскам армейской группы. Для этой цели была организована оперативная группа под командованием заместителя командующего 38-й армией генерала Г. И. Шерстюка. В состав группы входили 242, 278, 304-я и 199-я стрелковые дивизии, 156-я и 168-я танковые бригады. В штабе Юго-Западного направления рассчитывали, что в результате этого удара левый фланг 38-й армии примкнет к правому флангу армейской группы в районе Змиева, чугуевская группировка немцев будет разгромлена и тем самым для последующих действий на Харьков с юга высвободится до пяти стрелковых дивизий.
Боевыми распоряжениями № 0141, 0142 и 0143, отданными главнокомандующим направлением 19 мая 1942 года, были определены задачи и армиям Южного фронта.
57-я армия в составе 150, 317, 99, 351-й и 341-й стрелковых дивизий, 2-го кавалерийского корпуса, усиленная 38-й танковой бригадой, переданной из 6-й армии, должна была продолжать обороняться на правом фланге и одновременно подготовить удар в обход Барвенково с юга силами трех стрелковых и трех кавалерийских дивизий и всех средств усиления.
9-я армия в составе 349, 343, 106, 335, 51-й и 296-й стрелковых дивизий, двух полков 333-й стрелковой дивизии, 39, 34-й и 60-й кавалерийских дивизий и четырех танковых бригад, закрепившись на левом берегу реки Северский Донец, должна была из района Студенок организовать наступление на Долгенькую, а частью сил очистить от противника Изюм.
Однако поставленные задачи вышеупомянутые армии Южного фронта не выполнили. Не помогла даже смена командующих — с 20 мая командармом 9А был назначен генерал-майор П. М. Козлов, а 57А передавалась Юго-Западному фронту[69]. Немцы на этом участке также особой активности уже не проявляли.
Перед правым крылом Южного фронта 21 мая противник перешел к обороне по Северскому Донцу тремя пехотными дивизиями, а танковой группировкой продолжал действовать в северном и северо-западном направлениях до соединения с 23 мая с балаклеевской группировкой.
19 мая войска 28-й и 38-й армий в несколько измененной группировке пытались продолжать наступление с прежними задачами.
В 9 часов 19 мая немцы сбросили небольшой парашютный десант и груз с 11 транспортных самолетов в районе Терновой, пытаясь усилить окруженный там гарнизон и навести панику в тылах 28-й армии. На этот раз большая часть десанта была уничтожена частями 38-й и 175-й стрелковых дивизий.
В 9 часов 30 минут части 28-й армии начали наступление, но успеха не имели. Наступление соединений 38-й армии закончилось также безуспешно. Контратаками, поддержанными массированными ударами авиации, противник вынудил все части армии возвратиться на исходные рубежи.
Во второй половине дня противник частями 168-й пехотной дивизии перешел в наступление на участке 293-й стрелковой дивизии 21-й армии и оттеснил ее с занимаемого рубежа к западной окраине Мурома.
Это заставило командующего 28-й армией прикрыть свой фланг и тыл со стороны Мурома не введенными еще в бой частями подвижной группы.
В связи со все более осложнявшейся обстановкой в барвенковском выступе командующий Юго-Западным фронтом категорически потребовал от командующего 28-й армией ускорить разгром немецкой танковой группировки, с тем чтобы высвободить часть сил и получить возможность перебросить их на усиление левого фланга Юго-Западного фронта.
Командующий 28-й армией получил указание командующего фронтом начать наступление с утра 20 мая, но 277-ю стрелковую дивизию и 58-ю танковую бригаду в бой не вводить. Учитывая опыт предшествовавших боев, в которых противник упреждал войска армии в начале наступления, командующий армией приказал начать наступление на рассвете 20 мая. Основной целью наступления по-прежнему был разгром танковой группировки противника в районе Веселое — Терновая.
Общее состояние сил противника и его намерения перед фронтом северной ударной группировки командующими 21-й и 28-й армиями оценивались весьма оптимистично. По их мнению, противник понес в предыдущих боях громадные потери, истощен и готов прекратить наступление. Это заключение командующие армиями доложили командующему фронтом. Командующий 21-й армией не получил указания о наступлении и решил день 20 мая использовать для приведения войск в порядок, замены зимнего обмундирования летним и ограничился постановкой войскам задач по улучшению позиций.
Представление командующих 21-й и 28-й армиями о противнике не соответствовало действительности. К исходу 19 мая немецкое командование закончило сосредоточение боевой группы «Гольвитцер» (до двух полков 83-й пехотной дивизии) в выступе, который образовался 19 мая между Муромом и Вергелевкой вследствие отхода частей 21-й армии, и произвело перегруппировку сил перед фронтом 28-й армии. Суть этой перегруппировки заключалась в том, что против стыка 21-й и 28-й армий были переброшены 3-я танковая дивизия (до 40 танков) и два полка 57-й пехотной дивизии, а части 23-й танковой дивизии (до 100 танков) и два полка 71-й пехотной дивизии были переброшены в район Нескучное.
С наступлением рассвета 20 мая соединения 28-й армии, за исключением 175-й стрелковой дивизии, перешли в наступление и начали успешно продвигаться. Но с выходом в район южнее Нескучное, где были сосредоточены главные силы 23-й танковой дивизии, наступавшие части были остановлены сильным огнем танков, артиллерии и налетами авиации. В 12 часов противник приступил к осуществлению своего контрудара по частям 175-й и 169-й стрелковых дивизий 28-й армии. Под воздействием танков и авиации противника, беспрерывно действовавшей над полем боя, части этих дивизий начали отход по всему фронту в восточном направлении, открывая тем самым тылы соединений 21-й армии.
В 17 часов начала наступление группа «Гольвитцер». Она прорвала оборону 21-й армии и овладела северо-западной частью Мурома. В этой обстановке командующий 21-й армией начал отвод частей 227-й стрелковой дивизии и 34-й мотострелковой бригады из образовавшегося мешка и пытался организовать оборону на промежуточных рубежах. Но поспешный отход правофланговых соединений 28-й армии сорвал эти планы.
К вечеру 20 мая немцам своими подвижными войсками удалось выйти в район Петровская, Красный Лиман. 21 мая германская танковая группировка, действовавшая против правофланговых войск Юго-Западного фронта, была перенацелена на новое направление и получила приказ повернуть на Балаклею и из района западнее этого города наступать навстречу группе «Клейст».