苏军以重创，但曼斯坦因却没有力量进一步扩大战果，而苏军数量上和武器装备上的绝对优势再次起到了决定性的作用，他们很快又恢复了进攻。其后德军的反攻再也没能给苏军造成威胁。19日苏军攻抵哈尔科夫西面的乌德河北岸，并于20日强渡乌德河，在南岸建立了桥头堡。攻打哈尔科夫的战斗异常激烈，强大的苏第5近卫坦克集团军最后只剩下了50辆坦克。22日晚苏第53集团军率先攻入城内，德军开始全面撤出哈尔科夫，退向第聂伯河的防线，沿途他们破坏了所有公路、铁路和桥梁，污染了水源、焚烧一切农作物，毁坏了建筑物，企图阻止苏军的快速进攻。苏