З початком Червоною армією операції «Зірка» 320-та дивізія перебувала на правому крилі армійської групи Ланца, утримуючи оборонні позиції по річці Червоної. Активно відбивала спроби радянських військ прорвати оборону, а з початком німецького контрнаступу атакувала та вела бої в районі Мерефи, Чутове, Змієва, Валки.