В декабре 1941 года фронт силами правого крыла провел Елецкую операцию, в декабре 1941 — январе 1942 года силами правого крыла провёл Курско-Обоянскую операцию, а в январе 1942 года силами левого крыла совместно с войсками Южного фронта — Барвенково-Лозовскую операцию и, продвинувшись на 100 км, овладел крупным плацдармом на правом берегу Северского Донца. В развернувшемся в конце мая 1942 года сражении, известном как битва под Харьковом 1942 года, войска фронта попали в окружение и понесли тяжёлые потери.