С утра 11 марта корпус Рауса занял Тростянец, Ахтырку и Богодухов. Танки дивизии «Лейбштандарт» ворвались в Харьков со стороны Белгородского шоссе; с запада, отбивая непрерывные советские контратаки, наступала дивизия «Дас Рейх». Штурмовые немецкие отряды дошли до центра города и заняли дом Госпрома. Узнав об этом, начальник обороны города генерал Козлов, оставшийся без войск — все, кроме чекистов и саперов, уже находились в подчинении командующего 3-й танковой армией, — не имевший связи и ничем не управлявший, окончательно доверил «хозяйство» генералу Рыбалко и выехал в неизвестном направлении Итоги чудной организации, своеобразного разделения труда и мгновенной «передачи дел»:
Тем не менее, по признанию противника, «русские дрались превосходно». Установленные в подвалах 76-мм пушки и контролирующие перекрестки «тридцатьчетверки» вели огонь вдоль улиц, разместившиеся на крышах снайперы выводили из строя командный состав, минеры, притаившиеся в подъездах домов, использовали связки мин на тросах, которые они вытягивали прямо под гусеницы вражеской бронетехники.
К исходу дня 12 марта защитники вынуждены были отойти за реку Лопань, оставив северную и северо-восточную части города. Но и в «Лейбштандарте» осталось всего 17 исправных танков Pz. IV и 6 Pz. III. Все «тигры» находились в ремонте, а два были потеряны безвозвратно. В этот момент генерал Гот вспомнил об опыте Сталинграда и, придя к выводу, что уличные бои могут затянуться и привести к большим потерям, отдал приказ вывести из боя дивизию «Дас Рейх», в ней числилось в строю 8 танков Pz. III и 6 штурмовых орудий, и совместно с частями дивизии «Мертвая голова» направить ее в обход Харькова с тем, чтобы полностью замкнуть кольцо окружения. Хауссер с этим решением был несогласен, но вынужден был подчиниться. Основные силы дивизии «Дас Рейх» вышли из города, а «Лейбштандарт» продолжил штурм.
Тем временем 13 марта немецкие войска, обходя Харьков по часовой стрелке, заняли Рогань, а 14 марта захватили Терновую, Лизогубку и Водяное, 15 марта — Чугуев, соединившись с дивизиями 48-го танкового корпуса и перерезав последние коммуникации 3-й танковой армии.
Командующий Воронежским фронтом разрешил оставить Харьков; главное командование Вермахта объявило о великой победе «после дней тяжелой борьбы».
В городе еще кипели бои, продолжали сражаться части 19-й стрелковой дивизии, 17-й бригады НКВД, 179-й и 86-й танковых бригад. В районе Жихар — Безлюдовка оборонялись 62-я гвардейская, остатки 303-й и 350-й стрелковых дивизий, 104-я стрелковая бригада удерживала район Лялюки, 253-я бригада — Куличи. 15 марта генерал Рыбалко отдал войскам приказ о выходе из окружения в направлении Малиновки с последующим выходом по восточному берегу реки Северский Донец на рубеж Старый Салтов — Волчанск.