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攻开始时发展顺利，突破了德军防御，并于3昼夜内前进了25—50公里。斯大林很高兴，并据此谴责总参谋部，说险些因为总参谋的固执己见而取消了一次如此顺利的战役。
但斯大林没能高兴多久。5月17日，德军克莱斯特第1装甲集团军在第17和第6两个集团军支援下，从哈尔可夫南面向苏军侧翼发起反攻，并于5月23日合围了苏南方方面军的第9、第57集团军、西南方面军的第6集团军和博布金战役集群。至5月29日，被围苏军大部被歼。苏军西南方面军副司令员科斯坚科中将、第57集团军司令员波德拉斯中将、第9集团军司令员戈罗德扬尼斯中将、战役集群司令员博布金少将阵亡。苏军共有25万人被俘，损失坦克1249辆，火炮2026门。