Во второй половине января 1942 года 275 сд участвовала в составе 37-й армии в Барвенково-Лозовской операции. Дивизия, действовавшая на вспомогательном направлении, правее ударной группировки армии, натолкнулась на очень прочную оборону. Лишь на следующий день соединение овладело опорными пунктами врага на переднем крае. К исходу дня 21 января после крайне напряжённых боёв частям дивизии удалось проникнуть на 3-8 км в глубину немецкой обороны и выйти к населённым пунктам Райгородок, Николаевка и Рай-Александровка, где их продвижение было остановлено противником.