Drugi pokušaj oslobađanja Harkova napravljen je u svibnju 1942. godine. Kao rezultat operacije Barvenkovo-Lozava, sovjetsko zapovjedništvo nije uspjelo osloboditi Harkov u siječnju 1942., ali južno od Harkova, na zapadnoj obali rijeke Seversky Donets, nastala je izbočina Barvenkovsky dubine 90 km i širine 100 km. Izbočina se duboko zaglavila u njemačku obranu, ali u njenom podnožju na području Izyuma bilo je usko grlo, sa sjevera su Nijemci visili s Balakleye, a s juga sa Slavjanska. S početkom proljetnog odmrzavanja u ožujku, aktivna neprijateljstva s obje strane obustavljena su, a suprotne strane počele su se pripremati za proljetno-ljetne operacije.
Planovi sovjetske i njemačke komande
Stožer sovjetskog vrhovnog zapovjedništva polazio je od činjenice da će Nijemci napredovati prema Moskvi, a Hitler je pripremao operaciju Blau koja pretpostavlja ofenzivu na jugu sovjetsko-njemačkog fronta s ciljem proboja do naftnih polja na Kavkazu.
Sovjetsko zapovjedništvo na sastanku u Kremlju krajem ožujka razmotrilo je prijedloge zapovjednika smjera jugozapada Timošenko i odobrilo plan kampanje za proljeće-ljeto 1942. godine. Kako bi se Moskva zaštitila od njemačke ofenzive s juga, odlučeno je pokrenuti ofenzivu s istaknutog Barvenkova i osloboditi Harkov, uništiti opkoljene njemačke trupe na ovom području, pregrupirati snage i, napredujući sa sjeveroistoka, zauzeti Dnepropetrovsk i Sinelnikovo. Jugozapadni front trebao je osloboditi grad od Harkova uz pomoć konvergentnih udaraca sa sjevera i juga.
Južna fronta pod zapovjedništvom Malinovskog nije trebala napredovati, imala je zadatak ojačati na zauzetim crtama i desnim krilom osigurati ofenzivu trupa jugozapadne fronte na smjeru Harkov. Sovjetsko zapovjedništvo nije predviđalo mogućnost njemačke ofenzive na platformi Barvenkovo.
Sjeverno od Harkova napadale su tri vojske: 38., 28. i 21. Glavna uloga dodijeljena je 28. armiji pod zapovjedništvom Ryabysheva. Ona je u suradnji sa 6. i 38. armijom također trebala opkoliti i poraziti snage 51. korpusa njemačke vojske u području Chugueva jugoistočno od Harkova.
S izbočine Barvenkovsky južno od Harkova, 6., 9. i 57. armija i armijska skupina generala Bobkina zadale su udarac za pokrivanje Harkova s jugozapada i opkolile 6. njemačku vojsku zajedno s 28. armijom koja je napredovala sa sjevera. Glavna uloga dodijeljena je 6. armiji i Bobkinovoj skupini koja je trebala napredovati u smjeru Merefa - Harkov, prekinula njemačku komunikaciju zapadno od Harkova i, nakon što je napravila proboj na zapad, zauzela grad Krasnograd.
Prema planu operacije, sovjetske trupe sa snagama 38. i 6. armije trebale su njemačke trupe odvesti u "kotao" na području Čugueva, a drugi "kotao" sa snagama 28., 6. armija i vojne skupine Bobkin na području Harkova. Bobkinova skupina udarila je u dubinu prema zapadu, osiguravajući vanjski prednji dio okruženja i stvarajući mostobran za napad na Dnjepar.
Ofenziva s ruba Barvenkova bila je rizična, jer su Nijemci lako mogli organizirati "kotao" za sovjetske trupe, prerezavši "usko grlo" u regiji Izyum, što se kasnije i dogodilo.
Na početku proljetno-ljetne kampanje, njemačko zapovjedništvo Grupe armija Jug, podupirući operaciju Blau, postavilo je zadatak svojih postrojbi da uklone izbočinu Barvenkovsky u uskom grlu s dva konvergentna udara iz Slavjanska i Balakleye (operacija Frederikus). Iz Slavjanske regije trebale su napredovati jedinice 1. tenkovske armije Kleist i 17. armije Hoth. Trupe za ovu operaciju počele su se koncentrirati zimi, njemačko zapovjedništvo je ovdje dovuklo skupinu od 640.000 ljudi.
Zahvaljujući zrakoplovstvu i obavještajnoj službi, Nijemci su znali za pripreme Timošenkove za ofenzivu, a sovjetsko zapovjedništvo nije moglo popraviti koncentraciju njemačkih trupa u tom smjeru.
Zbog toga je u ožujku-travnju 1942. u regiji Harkov došlo do prave utrke za pripremu napadnih operacija usmjerenih jedna protiv druge, a pitanje je bilo tko će prvi početi i hoće li uspjeti nadigrati neprijatelja.
Početak sovjetske ofenzive
Sovjetske trupe prve su započele ofenzivu. Dana 12. svibnja, nakon snažne topničke paljbe, krenuli su u ofenzivu sa sjevera i juga Harkova. Za Nijemce, koji su se sami spremali pokrenuti ofenzivu 18. svibnja, ovaj je iščekivajući udar bio još neočekivan.
Na sjevernom je boku 28. armija, koja je napredovala u regiji Volchansk, probila njemački front do dubine od 65 km i do 17. svibnja približila se Harkovu. U gradu se već čula topnička kanonada i svi su čekali brzo puštanje. Na južnom boku udarna skupina koja je djelovala s ruba Barvenkova također je probila front i, nakon što je otišla 25-50 kilometara dublje, stigla do Merefe i Krasnograda, poluokruživši potonji, stvarajući prijetnju da opkoli Harkov sa zapada.
Na sjevernoj zastavi postrojbe 28. armije stigle su do predgrađa Harkova, no Nijemci su s ovog južnog krila prebacili dodatne snage na ovo područje i upotrijebile snage koje su se spremale udariti u podnožje Barvenkovskog ruba. Njemačko zapovjedništvo, imajući superiornost u ljudstvu, pojačalo je otpor na sjevernom boku i sovjetska ofenziva je stala. Počele su žestoke bitke između Chugueva i Starog Saltova, odakle su sovjetske trupe pokušale opkoliti Chuguev. Nitko nije htio popustiti, na primjer, selo Peschanoe mijenjalo se u više navrata tijekom nekoliko dana, ali sovjetske trupe nisu mogle dalje napredovati.
Zapovjednik Grupe armija Jug, feldmaršal Bock, izašao je s prijedlogom da mu se prebaci nekoliko divizija iz 1. tenkovske vojske koja se spremala napasti bazu Barvenkovsky, kako bi zaustavila neprijateljsko napredovanje. No time je operacija Fridericus okončana, pa je odbijen i započele su pripreme za protuofenzivu u podnožju Barvenkovskog.
Na južnom boku 6. armija Gorodnjanskog se ponašala pasivno, zapovjednik se nije žurio u proboj uvesti 21. i 23. tenkovski korpus, što je omogućilo Nijemcima prebacivanje trupa na sjeverni bok i zaustavljanje sovjetske ofenzive. Najvjerojatnije, ako bi na južnom boku nastala ozbiljnija prijetnja opkoljavanja Harkova sa zapada, Nijemci bi morali povući trupe iz blizine Slavjanska i prebaciti ih u prijeteći smjer. Ali sovjetsko zapovjedništvo nije žurilo s ofenzivom, izgubilo je vrijeme i Nijemci su uspjeli koncentrirati trupe za udar na podnožje izbočine.
Osim toga, postrojbe Južne fronte nisu poduzele aktivnu akciju, a 57. i 9. armija podređena Južnoj fronti, koje su zauzele južnu stranu izbočine Barvenkovsky, nisu se ni pripremile za aktivnu obranu. Borbene formacije trupa nisu bile ešalonirane, nije bilo opreme za inženjering terena, a dubina obrane bila je samo 3-4 km.
Tijekom zauzimanja Harkova, postrojbe su pretrpjele velike gubitke, jer su tenkovi i pješaštvo često jurili u dobro utvrđenu neprijateljsku obranu bez izviđanja i potiskivanja topništvom. Do 17. svibnja trupe su bile iscrpljene neprekidnim borbama, a neprijatelj ih je zaustavio na mnogim sektorima fronta.
Njemačka protuofenziva
Njemačka protuofenziva započela je 17. svibnja, Kleistova 1. tenkovska armija nanijela je dva razdjelnička udarca u stražnji dio nadirućih sovjetskih jedinica, jedan od Andreevke do Barvenkova, a drugi od Slavjanska do Dolgenkaje, s naknadnim izlaskom obje skupine u Izyum. Svrha ovih udara bila je presjeći obranu 9. armije, zaokružiti i uništiti grupaciju istočno od Barvenkova s daljnjom ofenzivom na Izyum-Petrovskoye u smjeru Balakleje kako bi se pridružila jedinicama 6. armije na Chuguevskom rubu i opkoli cijelu skupinu sovjetskih trupa na Barvenkovskom rubu. Već prvog dana ofenzive zauzeti su Barvenkovo i Dolgenkaya, u kojima je uništeno komunikacijsko središte 9. armije, što je dovelo do gubitka kontrole nad postrojbama.
U to vrijeme, na čelu ofenzive na južnom boku, 21. i 23. tenkovski korpus konačno su izbačeni u proboj, koji se produbio u njemačku obranu i dodatno se odvojio od baza opskrbe koje su razbijale Kleistove tenkove.
Do 18. svibnja situacija se naglo pogoršala. Načelnik Glavnog stožera Vasilevski predložio je prekid ofenzive i povlačenje 6., 9., 57. armije i skupine generala Bobkina s Barvenkovskog grebena. Timošenko je izvijestila Staljina da je ta opasnost pretjerana i da su trupe nastavile ofenzivu. Nijemci su rasporedili svoje trupe na Zapad, zauzeli Lozovayu i 22. svibnja opkolili ostatke 57. armije i 21. i 23. tenkovskog korpusa koji su se ukrcali. Zbog toga su Nijemci do 23. svibnja zatvorili okruženje i cijela je grupa bila u "kotlu".
Rezultati borbi na Barvenkovskom rubu
5 streljačkih divizija 57. armije, 8 streljačkih divizija 6. armije, 2 streljačke divizije grupe armija Bobkin, 6 konjičkih divizija 2. i 6. konjičkog korpusa, 2 tenkovska korpusa, 5 tenkovskih brigada i drugo topničko, inženjerijsko, pomoćno jedinice i stražnje službe. Ove su trupe bile iscrpljene od krvi, iscrpljene, podvrgnute stalnim zračnim udarima i uvelike su izgubile svoju borbenu moć.
Naredba za povlačenje izdana je tek 25. svibnja, u najtežoj situaciji bile su postrojbe koje su prodrle duboko na zapad u Krasnogradsku regiju. Sada je linija fronta bila gotovo 150 km iza njih i morali su se borbama probiti do svojih. Nisu svi uspjeli izaći iz okruženja; samo su najuporniji i spremni za borbu do kraja stigli do Sjeverskog Donjeca.
Kako bi se odblokirala zaokružena sovjetska grupacija kao dio Južne fronte, formiran je konsolidirani tenkovski korpus koji je od 25. svibnja počeo pokušavati probiti vanjski prsten opkoljavanja. Unutar obručanog prstena formirane su dvije udarne skupine koje su probile unutarnji prsten. Prva skupina napredovala je s područja Lozovenke prema konsolidiranom tenkovskom korpusu u Čepelu. Od 22 tisuće vojnika koji su krenuli u proboj, samo 5 tisuća ljudi uspjelo se probiti 27. svibnja. Ukupno je do 30. svibnja oko 27 tisuća ljudi uspjelo ući na položaje 38. armije i konsolidiranog tenkovskog zbora. Nijemci su stvorili čvrsti prsten za opkoljavanje i, naširoko koristeći zrakoplove i tenkove, uništili ostatke sovjetske skupine. Većina opkoljenih ubijena je ili zarobljena, do večeri 29. svibnja borbe na desnoj obali Severskog Doneca su prestale, ostalo je samo nekoliko džepova otpora.
Kao rezultat operacije u svibnju 1942. drugi pokušaj oslobađanja Harkova završio je u tragičnom "kotlu" Barvenkovo. U borbama kod Harkova nepopravljivi gubici sovjetske vojske iznosili su oko 300 tisuća ljudi, bilo je i ozbiljnih gubitaka u naoružanju - 5060 topova i minobacača, 775 tenkova i stotine zrakoplova. Prema njemačkim podacima, zarobljeno je 229 tisuća ljudi.
Opkoljavanje i kasnije uništavanje velikih snaga sovjetskih postrojbi na rubu Barvenkovskog dovelo je do činjenice da je obrana u zoni jugozapadnog i južnog fronta bila radikalno oslabljena. Time je njemačko zapovjedništvo olakšalo izvođenje unaprijed planirane operacije "Blau" za stratešku ofenzivu na naftna polja Kavkaza i stvorilo preduvjete za dolazak do Staljingrada i Volge.
