З січня 1943 року дивізія вела оборонні бої в районі Старобільська, Білокуракине, стримуючи наступ радянських військ у ході Острогозько-Россошанської операції. Згодом 320-та дивізія билась у північній частині Луганської та Харківської областей, ведучи ар'єргардні бої за Нижню Дуванку, Тарасівку, Сватове, Містки, Кислівку.