Появление сильной ударной группировки на этом направлении легко объяснимо: ликвидация барвенковского плацдарма привела к высвобождению VIII армейского корпуса 6–й армии. После завершения ликвидации окруженных советских войск VIII армейский корпус рокировался к северу от Харькова и должен был наступать в обход окружаемой «птицы-тройки» с севера. Здесь же сосредоточивались пехотные дивизии, собранные немцами с разных участков фронта в процессе отражения майского наступления (так называемая группа Гольвитцера).
Северная ударная группировка советских войск в Харьковской операции, «птица-тройка» соединений 21, 28 и 38–й армий, находилась на так называемом салтовском плацдарме, вдавленном в построение 6–й армии Паулюса в ходе майских боев. Ударами по сходящимся направлениям к северу и югу от салтовского плацдарма немецкое командование хотело окружить и уничтожить еще недавно наступавшие в обход Харькова советские соединения.
Тем временем командование Юго-Западного фронта постепенно демонтировало северную ударную группировку Харьковской операции. Из 28–й армии был выведен 3–й гвардейский кавалерийский корпус с 6–й гвардейской танковой бригадой, выводились артиллерийские полки, 57–я и 84–я танковые бригады. Оборону 28–й армии составили четыре стрелковые дивизии (13–я гвардейская, 169, 175 и 226–я) в первом эшелоне и четыре (38, 244, 162 и 300–я) — во втором. Вскоре из второго эшелона армии Д.И. Рябышева сняли 38–ю и 162–ю дивизии. В полосе 38–й армии сохранили плотное построение войск на правом фланге и закопали по башню в землю танки 22–го танкового корпуса. В распоряжение К.С. Москаленко с центрального участка фронта прибыла одна из «спасительниц Москвы» — 9–я гвардейская стрелковая дивизия А.П. Белобородова.
Немецкое наступление началось 10 июня в 4.00 утра после 45–минутной артиллерийской подготовки и ударов авиации. Главный удар наносился вдоль дороги на Купянск в полосе 38–й армии. Он пришелся на стыке правофланговых 277–й и 278–й стрелковых дивизий. В полосе 28–й армии удар пришелся по правофланговым 169–й и 175–й стрелковым дивизиям. На участках дивизий А.И. Родимцева и А.В. Горбатова было спокойно. Превосходящие силы VIII армейского корпуса не без усилий, но взломали оборону 28–й армии. В ночь на 13 июня Д.И. Рябышев два часа убеждал по телефону И.Х. Баграмяна разрешить отвести войска 28–й армии назад. Наконец в 2.00 13 июня необходимые распоряжения были получены, и армия начала отход. Окружение всей армии командованию Юго-Западного фронта удалось предотвратить выдвижением в районе села Великий Бурлук 13–го танкового корпуса генерал-майора танковых войск П.Е. Шурова. Корпус Шурова смог остановить 16–ю танковую дивизию. Однако время уже было упущено, и 12 июня 22–я танковая дивизия группы Маккензена и 305–я пехотная дивизия VIII корпуса соединились и замкнули кольцо окружения. За промедление с отходом 28–я армия заплатила окружением 244–й стрелковой дивизии. Вырвалась дивизия из кольца только через неделю совершенно обескровленной. Всего немцами было заявлено в качестве результата операции «Вильгельм» 10 тыс. пленных, около 100 орудий и 150 танков.
Контрударом фронтовых резервов — 23–го и 24–го танковых и 3–го гвардейского кавалерийского корпусов и двух стрелковых дивизий — продвижение противника 14 июня было остановлено на рубеже Купино (30 км юго-восточнее Белгорода), Ольховатка (30 км юго-восточнее Волчанска), р. Бурлук (20 км севернее Балаклеи).
Столкнувшись с выдвижением советских танковых резервов, командование группы армий «Юг» решило перегруппировать силы и нанести удар южнее. Новая операция получила наименование «Фридерикус II». К этому наступлению подключались войска 1–й танковой армии Э. фон Клейста, а «группа Маккензена» возвращалась назад в район Чугуева. Перегруппировки проходили довольно медленно вследствие раскисших из-за прошедших ливней дорог. Все же с 15 по 21 июня необходимые перемещения были завершены. Из 6–й армии в 1–ю танковую армию были переданы один моторизованный и один армейский корпуса. К 21 июня командование 1–й танковой армии на участке фронта от Чугуева до Славянска создало три ударные группировки: главную ударную группировку в районе Чугуева в составе трех пехотных, трех танковых и одной моторизованной дивизий (группа Маккензена), вторую — в районе Балаклеи в составе трех пехотных дивизий и третью — в районе южнее Изюма в составе также трех пехотных дивизий. Сокрушив изюмский выступ и захватив инициативу, немецкие войска получили возможность маневрировать силами и постепенно размягчать фронт советских войск на харьковском направлении последовательными частными операциями, вырывавшими из рядов Юго-Западного фронта то дивизию, то две, то просто тяжелое вооружение армий.