У мају 1942, Тимошенко је, са 640.000 војника, организовао противофанзиву код Харкова. Након почетних совјетских успеха, Немци су узвратили ударац, зауставивши офанзиву. Иако су Тимошенкове акције успориле немачко напредовање ка Стаљинграду, морао је да прихвати одговорност за неуспех у одбацивању немачких снага.