Однак, у перший бій підрозділи 384-ї піхотної дивізії вступили ще до настання німецького наступу. У травні 1942 року під час кривавої другої битви за Харків, щоб відбити небезпечний радянський наступ, німецьке командування застосувало частину своїх резервів, у тому числі 384-ту дивізію. Бої в районі Барвінкове проти військ радянської 9-ї армії. Після розгрому наступу Південно-Західного і правого крила Південного фронтів Червоної армії, німецькі війська завдали контрудар східніше від Харкова і, розвиваючи успіх у глибину, з'єдналися з 6-ю армією генерала Ф. Паулюса. У Харківському «мішку» опинилося велике угруповання радянських військ, що налічувало до 240 тис. осіб, понад 2 тис. танків і близько 1,3 тис. артилерійських гармат. До початку червня 1942 року оточене угруповання було знищене.