В начале февраля русские форсировали реку Оскол и поставили своим армиям новые задачи. Дальнейшее продвижение на запад должно было привести к захвату Харькова и воспрепятствовать созданию немцами нового мощного оборонительного рубежа на Украине. Планировалось, что под прикрытием этого удара, который будет нанесен на широком фронте и приведет к глубокому продвижению на запад, крупные силы начнут наступление в юго-западном направлении, чтобы освободить Донбасс и Сталино и уничтожить находившиеся в этом районе немецкие армии. Русским едва не удалось осуществить этот опасный план.
Удар, предпринятый на запад, привел к глубокому прорыву фронта все еще крайне слабой 2-й армии. 9 февраля русские достигли Белгорода и затем продвинулись на 150 км дальше к Лебедину. Здесь уже нельзя было остановить наступления русских, но все же удалось его несколько замедлить, 2-я армия создала постепенно оборону на рубеже, который начинался южнее города Сумы, затем шел до района западнее Курска и примыкал к позициям 2-й танковой армии. Вследствие этой угрозы их северному флангу и из-за нехватки сил русские приостановили наступление в районе Лебедина. Под Харьковом сопротивление немецких войск продолжалось несколько дольше. 16 февраля оперативная группа Кемпфа вынуждена была оставить город, после того как ее северный фланг был обойден с направления Белгорода, центр оттеснен крупными силами, а южный фланг отброшен на Мерефу в результате прорыва русских. Между тем оперативной группе Кемпфа были подброшены с запада довольно большие подкрепления в район западнее Мерефы и Краснограда, так что теперь она могла задержать русское наступление. Напротив, между этой оперативной группой и находившимся у Изюма левым флангом 1-й танковой армии, сформированной из соединений оперативной группы Фреттер-Пико, постепенно была создана широкая брешь и закрыть ее было нечем. Как раз такого положения и добивались русские. Они сразу же его использовали, чтобы повернуть через Лозовую и Барвенково на юг и затем беспрепятственно продвигаться через Павлоград почти до Днепропетровска и Запорожья, где находился штаб группы армий «Юг». Эго была кульминационная точка успехов русских; как вскоре выяснилось, они взяли на себя слишком трудную задачу, желая добиться сразу двух целей.
Благодаря новым соединениям, подброшенным оперативной группе Кемпфа, а также большой перегруппировке на южном крыле фельдмаршал фон Манштейн смог к 22 февраля собрать достаточное количество сил и начать с двух сторон наступление на глубоко вклинившиеся русские войска. Но прежде на южном крыле группы армий пришлось провести значительное сокращение фронта. После того как дивизии 1-й и 4-й танковых армий, стянутые с Кавказа и Маныча, в первой половине февраля переправились через Дон по обе стороны Ростова, излучина Дона между Ростовом и Ворошиловградом была оставлена и войска