Радянський план битви ґрунтувався на недооцінюванні сил ворога. Німці вже встигли перекинути з Кавказу ослаблені, але все ще грізні 1-шу та 4-ту танкові армії, до Харкова почали прибувати частини свіжого Танкового корпусу СС. Німецькі війська на початку Третьої битви за Харків становили до 70 тис. осіб, у ході битви німці отримували значні підкріплення. Німецькі танкові війська мали: 1-ша й 4-та танкові армії – разом до 350 танків, у ході боїв німці отримали елітну дивізію «Велика Німеччина» (106 танків) і Танковий корпус СС (3 дивізії – «Лейбштандарт Адольф Гітлер» – далі «ЛАГ», «Райх» та «Мертва голова», разом близько 340 танків). Маючи на початку боїв за Харків до 200 літаків, німці швидко перекинули в район битви майже увесь 4-й повітряний флот (до 1 тис. літаків), завоювавши панування в повітрі.
Битва в умовах морозів, а згодом весняної багнюки стала перевіркою на міцність і виснажених після Сталінграда танкових, кінних та піхотних корпусів РСЧА і не менш втомлених корпусів та дивізій вермахту (виняток становив хіба що свіжий Танковий корпус СС, вперше в своїй історії введений у бій у такій ролі).
Хід подіїБитва розпочалася 29 січня 1943 р. з наступу радянської 6-ї армії (Південно-Західний фронт) на позиції двох німецьких піхотних дивізій групи Ланца під Куп’янськом. Обидві дивізії, зазнавши великих втрат, розпалися на декілька груп і були оточені вже до 6 лютого. Радянські війська зайняли Куп’янск, Ізюм і Балаклію, поступово відрізаючи харківське угруповання німців від донбаського. Радянська піхота і за нею група Попова 2 лютого вступили у важкі бої під Лисичанськом з 19-ю, ослабленою 27-ю і 3-ю танковими дивізіями вермахту (почалася операція «Стрибок»). 6 лютого німці залишили Лисичанськ і Краматорськ. До 10 лютого радянське просування на Артемівськ було зупинене контратаками 3-ї і 7-ї німецьких танкових дивізій, а також діями штурмовиків люфтваффе.
2 лютого почалася «Зірка»: 3-тя танкова армія П. Рибалка узяла Великий Бурлук, до 10 лютого у боях з частинами «ЛАГ» і «Рейху» артилеристи, нечисленні танкісти і піхота П. Рибалка форсували річку Сіверський Донець, узявши Печеніги і Чугуїв. У прориви було кинуто радянську кавалерію. 9 лютого радянська 40-ва армія взяла Бєлгород. Ситуація для групи Ланца стала критичною – назрівало оточення. 11 лютого радянські частини були вже на підступах до Харкова, обходячи місто із заходу; наступного дня їм вдалося в ході жорстоких боїв оволодіти Роганню, були розбиті німецькі 320-та і 298-ма піхотні дивізії. Контрудар мотопіхоти СС змусив окопатися кавалеристів радянського 6-го кавкорпусу, і оточення Харкова із заходу не вийшло, тоді як до 14 лютого з півночі місто вже майже обійшли війська РСЧА. Того ж дня групу Ланца передали в розпорядження групи армій «Південь». До цього часу дивізії «ЛАГ» і «Рейх» перебували в напівоточенні і мали на руках наказ Гітлера ні в якому разі не здавати Харків. 15 лютого Пауль Хауссер відкрито порушив цей наказ і почав відведення дивізій СС на захід, прикриваючи відступ батальйоном штурмових гармат, рятуючи еліту військ СС, дивізію «Велика Німеччина» і залишки двох піхотних дивізій. Радянська 40-ва армія швидко взяла місто, німці зайняли оборону на захід від Харкова.
Тим часом Південно-Західний фронт продовжував свій «Стрибок», ведучи силами рухливої групи М. Попова важкі бої за важливий центр комунікацій – місто Червоноармійське. Існував великий шанс того, що радянські частини переріжуть комунікації 1-ї танкової армії у складі донбаського угруповання німців. Ситуацію для німців врятувала контратака бойової групи командира 11-ї танкової дивізії Г. Балька. Червоноармійське Попов узяв, але в результаті декількох німецьких контратак і повітряних нальотів втратив майже всі танки. Здавалося, тепер ніщо не завадить танкам резервних радянських 1-го гвардійського і 25-го танкового корпусів вирватися на простір і дійти до Дніпропетровська та переправ на Дніпрі – діру між групою Ланца і донбаським угрупованням німців закрити було майже неможливо. Проте Ватутін, що рвався до плацдармів на Дніпрі, прогледів (не без «допомоги» радянської авіарозвідки, що сприйняла пересування німецьких колон за початок відступу з Донбасу) можливість потужного німецького контрудару. Цей контрудар організував Манштейн із певною допомогою А. Гітлера, який прилетів із Берліна і в ході довгої непростої бесіди переконався в необхідності спочатку врятувати ситуацію в Донбасі, а вже потім відбивати Харків. Контрудар завдавали з півночі частини танкового корпусу СС (загальне керівництво групою німецьких військ тут здійснював генерал В. Кемпф), з півдня – частини 1-ї та 4-ї танкових армій. Головною метою мало стати відсікання радянської 6-ї армії, що прорвалася, і групи Попова. Контрудар почався 19 лютого: дивізію СС «Рейх» було спрямовано на південь («ЛАГ» та інші частини залишилися тримати фронт на захід від Харкова, на допомогу їм почали прибувати ешелони з людьми і технікою «Мертвої голови»), танкові дивізії Гота – на північ, через Червоноармійське. Мотопіхота СС швидко вклинилася у фланг радянської 6-ї армії, що продовжувала наступати углиб Донбасу, на Синельникове. Разом із пікірувальниками есесівці відбили радянські контратаки і до 23 лютого з’єдналися з 17-ю, 6-ю танковими дивізіями Гота і дивізією СС «Вікінг» у Павлограда, оточивши радянську 6-ту армію. Отже, загрозу тилам донбаського угруповання Манштейн усунув.
Ситуація для РСЧА ускладнилася ще й тим, що, поки залишки колишнього німецького гарнізону Харкова з дивізій вермахту і «ЛАГ» стримували танки Рибалка, з району Краснограда дивізія СС «Мертва голова» почала наступ проти радянської 3-ї танкової армії. Спроби 6-ї армії Харитонова вирватися були марні, і на допомогу оточеним 1 березня кинули зведену танкову групу зі складу 3-ї танкової армії (майже половина з 105 танків Рибалка), яка сама потрапила в оточення біля села Кегичівка, але, втративши майже всі танки, вирвалася до своїх. Одночасно була розгромлена велика частина радянської 6-ї армії і групи Попова, залишки яких тримали оборону. До кінця лютого радянський наступ на усіх ділянках, про які йшлося вище, було зупинено, ініціатива перейшла до німців. Усі три зібрані в кулак дивізії корпусу СС мали 147 готових до бою танків і 42 штурмові гармати, а також чимало своїх і трофейних протитанкових гармат. Найменш потерпілі в боях «ЛАГ» і «Мертва голова» стали тепер головною ударною силою німців. 6 березня частини «ЛАГ» завдали удару піхоті армії Рибалка під Новою Водолагою, 7–8 березня оволоділи Люботином і Коротичем, наступаючи зручним Полтавським шосе прямо на Харків.
Найбільш знакові (принаймні для харків’ян декількох повоєнних поколінь) події розгорнулися на південь від Харкова, в районі Зміїв – Таранівка – Соколове – Рокитне. За офіційною радянською версією, тут наступ двох німецьких танкових дивізій, 6-ї і 11-ї, зупинили «27 гвардійців-широнінців», а також чехословацький батальйон Л. Свободи. У будь-якому разі німецькі танки тут зустрів щільний вогонь артилерії, внаслідок чого німецькі танкові дивізії не досягли прориву через Мжу і виходу до південної околиці Харкова. Бої за Таранівку тривали до 9 березня, коли мотопіхота німецької 6-ї танкової дивізії узяла-таки село. 8 березня в результаті довгого бою та сама дивізія узяла село Соколове. У результаті бою німці спалили село декількома вогнеметними танками, розбивши посилену роту О. Яроша зі складу батальйону Л. Свободи. Але Мжу ворог не перейшов, радянська оборона встояла. Поки 6-та дивізія намагалася форсувати Мжу, 9 березня частини німецької 11-ї танкової дивізії форсували річку і взяли з тилу укріплене село Рокитне, після чого рушили на Мерефу – наступ з півдня на Харків тепер розвивався без перешкод. Й. Сталін дозволив залишити Харків тільки 15 березня, коли вже давно впала багатостраждальна Таранівка. Ще 10 березня Пауль Хауссер отримав наказ почати штурм Харкова. Почалися міські бої, до 15 березня місто було майже оточене дивізіями СС, і П. Рибалко почав відводити частини своєї армії на схід, хоча прорватися вдалося далеко не всім. Останнім кривавим акордом третьої битви за Харків стало взяття 18 березня Бєлгорода есесівцями (бойовою групою Й. Пайпера). У боях навколо міста загинули танки радянських 2-го і 3-го гвардійських танкових корпусів В. Баданова и І. Вовченка. На цьому контрнаступ Манштейна завершився – радянські війська зайняли більш-менш стійку оборону.
Наслідки подіїВтрати радянських військ були великими: за офіційними радянськими оцінками: до 44 тис. убитими і полоненими, до 41 тис. пораненими. За німецькими даними, з 21 лютого до 18 березня німці знищили або захопили 567 радянських танків та понад 2,2 тис. гармат і мінометів. На кінець боїв у танкових дивізіях СС було по 30–35 танків, ще гірша була ситуація в дивізіях вермахту. Людські втрати німців були також чималими, але помітно меншими за радянські – корпус СС втратив 11,5 тис. осіб убитими, пораненими і пропалими безвісти, плюс невідомі втрати дивізій вермахту. У ході боїв були мобілізовані до РСЧА та загинули або були вбиті солдатами СС і вермахту багато тисяч харків’ян. Німцям востаннє у війні вдалося переламати хід бойових дій на свою користь у стратегічному масштабі, створивши південний фас Курської дуги.