Уже в 22.30 соединения группы получили приказ Зиньковича на прорыв из наметившегося окружения. Группа строилась в две колонны, в каждой из которых лидировал танковый корпус. Соединения группы снялись с позиций и в 4.00 3 марта начали движение. Уже в первые часы прорыва были уничтожены или выведены из строя все рации. 15-й танковый корпус насчитывал к началу прорыва всего 17 танков. Из окружения ни один танк не вышел, все они, так же как и артиллерия корпуса, были уничтожены в ходе прорыва. Командир 15-го танкового корпуса, генерал-майор танковых войск В.А.Копцов погиб в бою. 12-й танковый корпус также начал прорыв с 17 танками. Из окружения вышли только восемь танков Т-34. Шесть машин были уничтожены экипажами из-за отсутствия топлива, остальные были подбиты в бою. Однако потери личного состава соединений были незначительными, из окружения вышли примерно 80 % начавших прорыв ночью 3 марта.

К 3 марта сражение окончательно перешло в фазу наступления немецких войск на всех направлениях и отхода войск 3-й танковой и остатков 6-й армии по всему фронту. Начиналась вторая часть сражения за Харьков — обещанное Манштейном Гитлеру возвращение города под контроль немецких войск. Выбив большую часть вырвавшихся вперед соединений 6-й армии, немцы получили слабо прикрытую брешь во фронте. Советское командование было вынуждено эту брешь прикрывать, бросая под паровой каток танкового корпуса СС резервы и соединения с других участков фронта.

Подвижная группа Попова отступает. Подтягивание соединений 1-й и 4-й танковых армий и смыкание флангов корпусов группы армий «Юг» позволило активизировать наступление на танковые корпуса подвижной группы Попова. И без того шаткое положение подвижной группы в Краматорске и Красноармейском подверглось суровому испытанию. 7-я танковая дивизия, сдержавшая наступление 10-го танкового корпуса к востоку от Славянска, теперь была подчинена XXXX танковому корпусу вместе с 11-й танковой дивизией и моторизованной дивизией СС «Викинг». Последняя, хотя и была ветераном летней кампании 1942 г., к концу 1942 г. насчитывала свыше 15 тыс. солдат и офицеров и два десятка танков.

«Викинг» и 7-я танковая дивизия выбили из Красноармейского части 10-го и оставленные в городе части 4-го гвардейского танкового корпуса 20 февраля. Следующей целью двух дивизий была деревня Гришино, выход к которой корпуса П.П.Полубоярова в свое время стал неприятной неожиданностью для Э. фон Манштейна. Красноармейское было захвачено не полностью, часть сил двух корпусов осталась в северной части города. Эта группа оставила Красноармейское в ночь с 22 на 23 февраля и отходила на север, прикрываясь арьергардом из 5 Т-34 и 3 Т-70. К своим они вышли вечером 25 февраля в районе Прелестное (на железной дороге из Барвенково в Славянск). 23 февраля в Красноармейское вошла 333-я пехотная дивизия. Соединение было новичком на советско-германском фронте: будучи сформированной в 1941 г., она прибыла в Донбасс только в феврале 1943 г. В разрушенном и сгоревшем городе пехотинцы нашли только подбитые танки и орудия, принадлежавшие нескольким советским танковым корпусам.

После отхода основных сил из Красноармейского 10-й танковый корпус занимал позиции к западу от Доброполья фронтом на юг и юго-восток. В 183-й танковой бригаде к тому моменту оставалось 4 Т-34 и 7 Т-70, в 186-й — 1 КВ и 2 Т-34, переданных из корпуса Полубоярова, 11-й — 1 Т-34 с неисправной пушкой и 3 легких танка. Управление корпуса располагало 2 Т-34, 2 Т-70, 1 Т-60 и четырьмя 37-мм зенитными пушками. 18-й танковый корпус оборонял само Доброполье, поставив на его окраине 6 Т-34 и два дивизиона истребительно-противотанкового полка. Подход 38-й гвардейской стрелковой дивизии, обещанной Н.Ф.Ватутиным на смену выведенного из боя корпуса П.П.Полубоярова, задерживался.

Утром 21 февраля танковый полк 7-й танковой дивизии поддержал атаку полка «Германия» дивизии «Викинг» на Доброполье. В атаке также участвовал мотоциклетный батальон 7-й танковой дивизии. Несмотря на упорную оборону (на прямую наводку были поставлены даже установки РС), части 18-го танкового корпуса были выбиты из города и начали отходить в северном направлении. Отход открыл фланг 10-го корпуса, который также был вынужден отступить. Следующим пунктом, который было решено оборонять, стал узел дорог у деревни Степановка. Здесь сходились шоссе на Барвенково и железная дорога на Днепропетровск. Оборону в Степановке совместно заняли части 10-го и 18-го танковых корпусов. Радиограммой штаба подвижной группы М.М.Попова корпусам было приказано: «Степановку защищать до последнего человека, танка и орудия». Действительно, деревня была узлом коммуникаций, без овладения которым нельзя было развивать наступление в любом направлении.

Самоходная установка StuGIII ведет бой в районе Харькова, зима 1943 г. На моторно-трансмиссионном отделении САУ закреплен немецкий флаг для опознания с воздуха

В течение всего дня 22 февраля полуокруженная Степановка подвергалась непрерывным атакам противника. Они отражались поставленными на прямую наводку 37-мм зенитными автоматами и орудиями окопанных Т-34. По существу, деревня оборонялась танкистами и артиллеристами, так как мотопехота отступила в Барвенково. Понимая важность опорного пункта на узле дорог, командование XXXX танкового корпуса бросило в атаку на нее помимо 7-й танковой дивизии с юга 11-ю танковую дивизию Балька с востока. Соединение Балька существенно усилилось за счет ремонта подбитых в тяжелых боях начала февраля танков. На 18 февраля в дивизии было 49 танков (преимущественно Pz.III с 50-мм 60-калиберной пушкой), и она представляла собой серьезную боевую силу. По Степановке также вели огонь шестиствольные реактивные минометы и артиллерия танковых дивизий.

Последовавший 23 февраля штурм Степановки привел к полному окружению деревни и поставил находившиеся в ней части 10-го и 18-го танковых корпусов в безвыходное положение. Связь со штабом подвижной группы Попова была потеряна, и в ночь на 24 февраля командир 10-го танкового корпуса решил прорываться из Степановки на восток. Вместе с ним в прорыве участвовала группа 18-го танкового корпуса.

Тем временем командующий Юго-Западным фронтом Н.Ф.Ватутин осознал перспективы надвигающейся катастрофы и приказал расформировать подвижную группу М.М.Попова, а соединения группы передать с 8.00 25 февраля в подчинение 1-й гвардейской армии В.И.Кузнецова. Основной задачей 1-й гвардейской армии и войск, ранее входивших в группу М.М.Попова, была оборона района Барвенково. Собственно в Барвенково сосредоточивалась 52-я стрелковая дивизия.

Однако торопливое построение обороны перед наступающими танковыми соединениями противника — это труднорешаемая задача. Если 52-я стрелковая дивизия смогла обороной в Барвенково остановить 11-ю танковую дивизию, то 7-я танковая дивизия пошла в обход Барвенково через Гусаровку на Изюм. Уже 27 февраля она прорвалась через железную дорогу Барвенково — Славянск. После обхода Барвенково войска правого фланга Юго-Западного фронта с 28 февраля по 3 марта отходили на рубеж реки Северский Донец.

К двадцатым числам февраля 1943 г. наступление Юго-Западного фронта было остановлено на всех направлениях. После выхода к Дебальцево 7-й гвардейский кавалерийский корпус попал в окружение, и было принято решение его вывести назад. В ночь на 23 февраля навстречу кавалеристам нанес удар 14-й стрелковый корпус. К 24 февраля кавалерийский корпус был выведен в полосу 3-й гвардейской армии.