На 30-километровом фронте войска южной ударной группировки вышли ко второй оборонительной полосе немцев, проходившей по западному берегу реки Орель, и передовыми частями форсировали ее.

Так же как и на северном участке прорыва, наибольший успех в наступлении имели войска, действовавшие на вспомогательном направлении. Части, наступавшие в центре, на левом фланге 6-й армии и участках главных ударов, своих задач не выполнили. Они не овладели, как намечалось, населенными пунктами Верхний Бишкин и Верхняя Берека, и это создавало затруднения для развития дальнейшего наступления на главном направлении на Мерефу.

Значительный успех армейской группы был достигнут благодаря своевременному вводу в прорыв эшелона развития успеха, который дал противнику возможности задержаться на промежуточных оборонительных рубежах.

В боях за главную полосу обороны против войск южной ударной группировки противник использовал все резервы 454-й охранной дивизии и начал перебрасывать 38-й полк 108-й легкопехотной дивизии венгров, находившийся в резерве 8-го армейского корпуса в районе Змиева. Подход свежих сил позволил противнику стабилизировать на некоторое время положение на фронте и сохранить за собой опорные пункты в н/п Верхний Бишкин и Верхняя Берека.

Генерал-фельдмаршал фон Бок 12 мая записал в своем дневнике: «В полосе 6-й армии противник перешел в наступление на северо-западной оконечности Изюмского выступа и у Волчанска большими силами с многочисленными танками. Уже до полудня стало очевидным, что ему удались в обоих местах значительные прорывы. Вечером выяснилось, что прорыв у 8-го армейского корпуса принимает серьезные формы. К ночи вражеские танки стояли в 20 км от Харькова».

Вечером 12 мая и в ночь на 13 мая противник ввел в бой на рубеже реки Орель из резерва командующего 6-й армией один полк 113-й пехотной дивизии, безуспешно пытаясь ликвидировать плацдарм, захваченный частями армейской группы. В это же время в распоряжение командующего 5-й немецкой армией в Харьков начали прибывать первые эшелоны 305-й пехотной дивизии. Штаб Юго-Западного фронта, а также штаб 6-й армии не имели данных об этой дивизии. Они также не располагали данными о том, что в оперативном резерве 6-й немецкой армии на красноградском направлении находится 113-я пехотная дивизия.

В ночь на 13 мая начали выдвижение части второго эшелона 6-й армии — 103-я и 248-я стрелковые дивизии. Соединения подвижной группы (21-й и 23-й танковые корпуса) оставались в прежних районах сосредоточения. В связи с продвижением войск расстояние от районов их расположения до линии фронта увеличилось и достигло 35 км.

13 мая наибольшую угрозу для противника представляло выдвижение в прорыв соединений 6-го кавалерийского корпуса в полосе наступления армейской группы. Противник всеми силами стремился не допустить расширения прорыва и выхода советских войск к тыловому рубежу, проходящему по реке Берестовая до Медведовки и далее по линии населенных пунктов Шляховая, Андреевка и по реке Богатая.

Пытаясь уничтожить части 6-го кавалерийского корпуса, выдвинувшиеся за реку Орель, противник утром 13 мая снова ввел в бой 260-й полк 113-й пехотной дивизии, усиленный ротой танков. Контратаки этого полка были успешно отбиты передовыми частями кавалерийского корпуса, продолжавшего развивать наступление.

В полосе 6-й армии в течение всего дня продолжались упорные бои за узлы сопротивления Верхний Бишкин и Верхняя Берека. Соединения, действовавшие на левом фланге армии (411-я и 266-я стрелковые дивизии), утром 13 мая сломили сопротивление противника на восточном берегу реки Орель и, отразив ряд сильных контратак, заняли к исходу дня плацдарм на правом берегу реки.

В результате наступления 6-й армии и армейской группы, к вечеру 13 мая тактическая глубина обороны противника на красноградском направлении была прорвана. Ширина участка прорыва достигла 50 км. На направлении действий главных сил 6-й армии войска продвинулись в глубину неприятельской обороны на 16 км, а части 6-го кавалерийского корпуса — на 20 км.

В двухдневных боях были разгромлены основные силы 108-й легкопехотной дивизии венгров, 62-й пехотной дивизии немцев и нанесены большие потери 260-му полку 113-й пехотной дивизии.

По плану операции, на третий день наступления по достижении пехотой рубежа Верхняя Берека, Ефремов предполагалось ввести в прорыв 21-й и 23-й танковые корпуса. Однако в ночь на 14 мая рубеж ввода танков командующим фронтом был изменен. По новому решению танковые корпуса должны были вводиться в прорыв с выходом пехоты на рубеж реки Берестовая, а армейская авиация, предназначавшая для обеспечения ввода в прорыв танковых корпусов 6-й армии, 14 мая временно перенацеливалась на поддержку 28-й и 38-й армий, отражавших контрудар танковой группировки противника.

В связи с этими изменениями командующий 6-й армией отдал приказ командиру 23-го танкового корпуса перевести свои части в ночь на 14 мая в район н/п Ново-Семеновка, Красный, Грушино, а остальные части второго эшелона армии (248-я и 103-я дивизии) и 21-й танковый корпус были оставлены в прежних районах.

14 мая в полосе наступления 6-й армии продолжались напряженные бои за населенные пункты Верхний Бишкин и Верхняя Берека. И только к вечеру под угрозой окружения противник оставил их.

В полосе наступления армейской группы наибольшее продвижение наших войск было на направлении 6-го кавалерийского корпуса. Пытаясь его остановить, немецкое командование ввело в бой 268-й полк 113-й пехотной дивизии. Отразив контратаки, части корпуса овладели районом Казачий Майдан, Росоховатое, Новольвовка.

Части 393-й и 270-й стрелковых дивизий, расширяя фронт прорыва в юго-западном направлении, к исходу дня овладели рубежом Кохановка, Григорьевка, Ворошиловка, Ульяновка. Разгромленные части 454-й охранной дивизии немцев отходили в юго-западном направлении.

Таким образом, к вечеру 14 мая прорыв обороны противника в полосе наступления южной ударной группировки был расширен до 55 по фронту и до 25–40 км в глубину.

В донесении Ставке Верховного главнокомандования от 15 мая 1942 года Военный Совет Юго-Западного направления отмечал: «Для нас теперь совершенно ясно, что противник, сосредоточив в Харькове две полнокровные танковые дивизии, вероятно, готовился к наступлению в направлении Купянск и что нам удалось сорвать это наступление в процессе его подготовки. Очевидно также, что сейчас противник в районе Харькова не располагает такими силами, чтобы развернуть против нас встречное наступление…»

Оценивая результаты боев северной ударной группировки фронта с резервами противника, Главнокомандующий Юго-Западным направлением маршал Тимошенко отметил, что, несмотря на большой урон, нанесенный немецкой танковой группе, она еще продолжала быть серьезной помехой нашим войскам в развитии наступления на Харьков, и просил для ускорения разгрома этой группы и для успешного завершения операции об усилении правого крыла фронта резервами Ставки Верховного главнокомандования.

Изложенная в этом донесении оценка успехов и перспектив развития наступления фактически исходила не из учета реальных сил и возможностей своих войск и противника, а из ошибочных предположений о противнике, положенных в основу планирования операции и уже опровергнутых действительностью в самом начале боев. Главнокомандующий Юго-Западным направлением продолжал рассматривать наступательную операцию Юго-Западного фронта изолированно от действий Южного фронта, считая положение последнего в барвенковском выступе вполне обеспеченным, а противника не способным к наступлению на каких-либо других участках фронта, кроме харьковского. В действительности же наступление войск левого фланга Юго-Западного фронта поставило в тяжелое положение лишь те части, которые действовали на правом фланге 6-й немецкой армии на красноградском направлении. Прорыв немецкой обороны на этом направлении создал довольно напряженное положение для противника. Так, начальник Генерального штаба сухопутных войск генерал-полковник Франц Гальдер записал в своем дневнике 14 мая: «Фон Бок звонил по телефону и предлагал снять с фронта Клейста 3–4 дивизии, использовав их для ликвидации бреши южнее Харькова. Предложение отклонено. Положение может быть улучшено только путем наступления с юга в ходе операции „Фридерикус“».