После перегруппировки войск Юго–Западного и Южного фронтов в соответствии с планом операции сложилось следующее соотношение сил на основных участках фронта:
1) 6–й армии Юго–Западного фронта на 55–километровом участке фронта противостояли части 295–й пехотной дивизии противника.
2) 57–й и 37–й армиям на 115–километровом участке фронта противостояли 68, 257 и 298–я пехотные и 98–я легкопехотная дивизии.
Артиллерийская плотность и насыщение наступающих войск танками были довольно низкими. На участках прорыва армий была создана плотность до 11 орудий среднего и крупного калибра и 5—7 танков на 1 км фронта при общей плотности в полосах этих армий до 3,5 орудий и 2 танков на 1 км фронта.
Буквально за день до начала советского наступления сменилось командование группы армий «Юг». 17 января умер от сердечного приступа генерал–фельдмаршал Вальтер фон Рейхенау, возглавлявший группу армий с момента скандального отката от Ростова в ноябре и декабре 1941 г. На его место Гитлером был назначен смещенный в декабре 1941 г. с поста командующего группы армий «Центр» фельдмаршал Федор фон Бок, который прибыл в штаб группы армий «Юг» только 19 января. Группа армий «Юг» становилась «отстойником» для вызвавших неудовольствие фюрера командующих. До фон Бока на южный сектор фронта был сослан Г. Гот, возглавивший 17–ю армию. В эти же дни немецкую 6–ю армию возглавил Фридрих Паулюс. Через несколько месяцев ему предстоит вести ее на Сталинград. В январе 1942 г. 6–я армии Паулюса предстояло отбивать удары свежесформированных «сталинградских» дивизий 6–й и 57–й армий.
Первая советская наступательная операция стратегического значения на юго–западном направлении началась утром 18 января 1942 г. переходом в наступление 6, 57–й и 37–й армий на всем своем фронте. Артиллерия РГК к началу операции не закончила своего сосредоточения. В 57–й армии на огневых позициях находилось только 40% орудий артиллерии РГК, в 37–й армии — 62%. Однако общим правилом было выделение наступающим на важных направлениях стрелковым дивизиям танковой бригады в качестве непосредственной поддержки пехоты. Поэтому растянутые по фронту немецкие соединения не оказали серьезного сопротивления. Однако немцам удалось удержать два важных узла коммуникаций, оставив в распоряжении советского командования только трассы, проходящие через Изюм. Немцы были верны своей идее выявления на местности «шверпункта», удержание или захват которого имеет ключевое значение для операции в целом. На правом фланге наступления, в полосе 6–й армии, узлом сопротивления стал город Балаклея. Штурм Балаклеи 253–й стрелковой дивизией комбрига А. А. Неборака с 13–й танковой бригадой успеха не принес. Напротив, наступавшая совместно с 7–й танковой бригадой 411–я стрелковая дивизия 6–й армии уверенно продвигалась вперед, и ее успех использовали соседи справа и слева — 337–я и 393–я стрелковые дивизии.
Командующий Южным фронтом Р. Я. Малиновский решил из имеющихся танковых бригад подвижную группу фронтового значения не создавать, а придать бригады стрелковым дивизиям в качестве средства непосредственной поддержки пехоты. Усиленные танками, дивизии 57–й армии довольно бодро продвигались вперед на изюмском направлении. Наступавшая на правом фланге армии 341–я стрелковая дивизия совместно с 6–й танковой бригадой за четыре дня прошла 20 км. Соседняя 351–я стрелковая дивизия совместно со 130–й танковой бригадой к 21 января продвинулась на 20—22 км. Противостоявшая им немецкая 298–я пехотная дивизия вела сдерживающие бои на фронте шириной 40 км. После первых дней боев в соединении осталось всего два орудия. Хуже продвигались соединения на левом фланге 57–й армии. 255–я стрелковая дивизия с 12–й танковой бригадой В. М. Баданова продвинулась за четыре дня на 18 км, 335–я стрелковая дивизия — на 6—12 км и 333–я стрелковая дивизия, встретившая особенно упорное сопротивление противника и не усиленная танками, не продвинулась вовсе.
Возможности командования группы армий «Юг» парировать советское наступление к тому моменту были весьма ограничены. Перебрасываемая из Германии 88–я пехотная дивизия прибывала темпом один поезд в сутки. Из Румынии перевозилась 1–я румынская дивизия. Предназначенная для стабилизации обстановки в Крыму 113–я пехотная дивизия была вынуждена развернуться для заделки пробитой советским наступлением бреши. 100–я легкопехотная дивизия выводилась из первой линии XIV моторизованного корпуса и готовилась к переброске в район Красноармейского. Также из резерва 1–й танковой армии Клейста была изъята 73–я пехотная дивизия.
Если наступлению 6–й и 57–й армий сопутствовал успех, то наступление 37–й армии на левом фланге ударной группировки Южного фронта быстро увязло в позиционных боях. Советские войска столкнулись со «шверпунктом» в лице города Славянок на левом фланге. Армии удалось лишь вклиниться в оборону противника восточнее Славянска. Отброшенная левофланговыми соединениями 57–й армии 257–я пехотная дивизия была использована немецким командованием для загибания фланга 17–й армии фронтом на север в районе Славянска. Этот город стал важным опорным пунктом противника, удержание которого позволяло контролировать железнодорожные и шоссейные дороги, проходящие через Славянок. Однако в начальный период операции командование Юго–Западного направления не уделяло должного внимания расширению прорыва, полностью сосредоточившись на продвижении в глубину. Действовавшие на вспомогательных направлениях 12–я и 38–я армии сколько–нибудь значительного продвижения вперед не добились. В связи с этим вопрос об овладении Харьковом в ходе Барвенковско–Лозовской операции отпал сам собой уже в первые дни наступления.
Надежду на успех операции пока давали только действия 6–й и 57–й армий. За первые четыре дня операции соединения двух армий прорвали фронт противника на участке от Балаклеи до Славянска шириной 75 км и продвинулись на направлениях своих главных ударов в глубину до 25 км. Создались благоприятные условия для ввода в прорыв в полосе 57–й армии подвижной группы Южного фронта, состоящей из 1–го и 5–го кавалерийских корпусов. Оба корпуса должны были наступать на юг и юго–восток, перерезая коммуникации донбасской группировки противника. 5–й кавалерийский корпус генерал–майора А. А. Гречко (34, 60 и 79–я кавалерийские дивизии и 132–я танковая бригада) к исходу 21 января сосредоточился в районе Дмитриевки, Базалеевки, Бражовки, имея задачу с утра 22 января войти в прорыв в общем направлении на Малую Камышеваху, Барвенково, а овладев ими, наступать на юг в глубокий тыл противника, противостоящего 37–й и 12–й армиям. Перед вводом корпуса в прорыв маршал С. К. Тимошенко приказал командующему Южным фронтом передать в подчинение А. А. Гречко 351–ю стрелковую дивизию полковника Н. У. Гурского и 130–ю танковую бригаду полковника Е. Г. Пушкина. Второе подвижное соединение фронта, 1–й кавалерийский корпус генерал–майора Ф. А. Пархоменко (35, 36, 68–я кавалерийские дивизии и 15–я танковая бригада), должно было с переходом войск 57–й армии через Северский Донец и выходом на фронт Долгенькая, Крас–нополье–2 (на шоссе Славянск — Изюм) прорываться в общем направлении на Долгенькую, Васильевку и далее на юго–восток. С утра 21 января корпус начал выдвижение и к исходу дня достиг района Долгенькой. К утру 22 января он был готов к выполнению поставленной перед ним задачи.
Днем 22 января 6–я и 57–я армии, наступавшие до этого по параллельным маршрутам, начали расходиться. 57–я армия начала разворачиваться на юго–восток, постепенно переходя железную дорогу Лозовая — Барвенково — Славянск. Большая часть армии оказалась западнее Барвенкова. 341–я стрелковая дивизия и 6–я танковая бригада, преследуя части отходящей 298–й пехотной дивизии, вели бои в 20 км северо–западнее Барвенкова. 351–я стрелковая дивизия обошла Барвенково с севера и перерезала железную дорогу Лозовая — Барвенково западнее последнего. 23 января соединения 57–й армии окончательно развернулись на юго–запад и совместно с 5–м кавалерийским корпусом завязали бои за Барвенково и вокруг него. В бой был введен резерв командующего армией — 349–я стрелковая дивизия. К вечеру 23 января совместными усилиями 351–я стрелковой дивизии, 130–й танковой бригады и 5–го кавалерийского корпуса Барвенково было освобождено. Создавались благоприятные условия для обхода группировки противника у Славянска с запада. За сам город Славянск фронтом на юг вела безуспешные бои 335–я стрелковая дивизия. Направленная ей на помощь 12–я танковая бригада (ранее действовавшая совместно с 255–й дивизией) осталась без горючего и простаивала в его ожидании. В течение 25—27 января соединения 57–й армии вышли на подступы к Лозовой и продвинулись на 25—30 км западнее и юго–западнее Барвенкова. 5–й кавалерийский корпус продвинулся на 30 км на юг от Барвенкова.
