Немецкие войска в период боев с 12 по 14 мая понесли большие потери. Были полностью разгромлены 515-й и 208-й полки 62-й пехотной дивизии, 454-я охранная дивизия и четыре отдельных батальона. Понесли большие потери 79, 294, 71-я пехотные дивизии, 3-я и 23-я танковые дивизии, 62, 44-я и 113-я пехотные дивизии и 108-я легкопехотная дивизия венгров. В этой ситуации мощный удар двух танковых корпусов, при поддержке авиации Южного фронта, являлся бы наиболее эффективным средством как для развития наступления южной группировки, так и для помощи войскам северной ударной группировки. Отказ от использования вторых эшелонов в полосе наступления 6-й армии в течение 13 и 14 мая отрицательно сказался на дальнейшем ходе операции. Противник получил возможность осуществить частичную перегруппировку своих сил и организовать оборону.
Действия северной группировки (15–16 мая 1942 года).
По плану наступательной операции войска 28-й армии должны были, развивая наступление, охватить Харьков с севера и северо-запада для последующего окружения и разгрома всей харьковской группировки противника во взаимодействии с 6-й армией. Войскам 38-й армии предстояло, развивая успех наступления и взаимодействуя с войсками 6-й армии, выйти к реке Уды в районе Терновое и этим обеспечить окружение чугуевской группировки немцев. Действия 28-й армии должны были обеспечиваться с севера наступлением 21-й армии к рубежу Маслова Пристань, Черемошное, а с юга — наступлением центра и левого фланга 38-й армии против Чугуевского выступа.Указания командующего Юго-Западным фронтом о продолжении наступления с утра 15 мая получили фактически только 21-я армия и две правофланговые дивизии 28-й армии. Две левофланговые дивизии 28-й армии и вся 38-я армия получили приказ закрепиться на достигнутых рубежах с задачей обеспечения фланга ударной группы.
Войска 21-й армии с утра 15 мая приступили к выполнению своих задач, но, встретив возросшее сопротивление противника, успеха не имели, а оперативная обстановка на северном участке продолжала осложняться.
К 12 часам передовые части 168-й пехотной дивизии немцев, перебрасываемой с севера, начали контратаки в общем направлении на Муром. Одновременно перешла в наступление боевая группа «Брайт», два полка 71-й пехотной дивизии и полк 44-й пехотной дивизии. Пехота противника при поддержке 80 танков продвинулась на 3–5 км к востоку от н/п Петровское. Одновременно группа в составе полка пехоты и 40 танков атаковала из района Непокрытой в стык 28-й и 38-й армий и стала продвигаться в северо-восточном направлении на Перемога, Терновая, стремясь соединиться с гарнизоном, окруженным нашими войсками в Терновой.
Также германское руководство активизировало действия своих частей перед фронтом соединений правого фланга 38-й армии и, в частности, против 226-й и 124-й стрелковых дивизий. До двух батальонов пехоты с танками пытались южнее Песчаного форсировать реку Большая Бабка.
Передвижения наземных войск противник обеспечивал ударами авиации, которая за сутки в полосе фронта произвела 532 самолето-вылета. Большая их часть пришлась на полосу наступления северной ударной группы фронта. Авиация Юго-Западного фронта также проявляла большую активность. Стремясь прикрыть свои войска, вернуть себе господство в воздухе и выполнить задачу разгрома танковой группировки противника, она за сутки произвела 341 самолето-вылет. В 25 воздушных боях было сбито 29 неприятельских самолетов.
Понеся большие потери, враг к исходу дня вынужден был прекратить контратаки, не достигнув своих целей. Положение войск 38-й армии оставалось прежним. Наибольшего напряжения 15 мая достигли бои в полосе 28-й армии, где для ликвидации прорвавшегося врага были направлены все тактические резервы.
Продвижение танковой группы немцев, контратаковавшей из района Непокрытой в стык между 28-й и 38-й армиями, было остановлено на рубеже Красный, Драгуновка. Однако на участке левофланговых 244-й и 13-й гвардейской дивизий 28-й армии положение оставалось напряженным. Один полк 244-й дивизии отошел на 10 км к северо-востоку и смог закрепиться только в районе 2–3 км юго-западнее Терновой; второй полк оставил Веселое и закрепился севернее этого населенного пункта, третий полк остался в окружении юго-западнее н/п Веселое. Бои были очень тяжелые. В этот день 1-ю батарею 776 ап 244 сд атаковали 32 вражеских танка. Отражением атаки руководил командир взвода лейтенант Кваша. После ожесточенного боя атака была отбита, причем наводчик третьего орудия младший сержант Ищенко подбил 5 танков. Через 20–30 минут противник вторично атаковал батарею. Одновременно позиции артиллеристов подверглись бомбардировке и пулеметному обстрелу с воздуха. Однако артиллеристы продолжали неравную борьбу до тех пор, пока не вышли из строя все орудия. В этом бою они уничтожили 17 вражеских танков. В ночь на 16 мая 244-я дивизия остатками своих частей закрепилась на рубеже высот севернее, северо-восточнее и восточнее Веселого.