После двухнедельных боев Малиновскому и Костенко удалось прорвать немецкий фронт на 100-километровом фронте, продвинуться на 100 километров и захватить плацдарм (получивший название «Барвенковского выступа»), который угрожал харьковской и донбасской группировкам гитлеровцев.
Пусть и неполному, но все же успеху операции, в частности, способствововало принятое Малиновским нестандартное решение. Он не объединял танковые бригады для нанесения удара (в силу немногочисленности танков это не дало бы необходимого эффекта), а придал их для усиления стрелковым дивизиям, что и позволило взломать немецкую оборону и расширить прорыв.
Немцы в результате Барвенковско-Лозовской операции понесли крупные потери в живой силе. К концу операции в дивизиях 6-й и 17-й полевых армий они составили от 30 до 50 % штатного состава. Не менее ощутимыми для группы армий «Юг» были и потери в технике – только в качестве трофеев Южный и Юго-Западный фронты захватили 40 танков и бронемашин, 658 орудий, 843 пулемета, 331 миномет, 6013 автомашин, 573 мотоцикла.
Наличие Барвенковского выступа сыграло основную роль в проведении в мае 1942 г. Харьковской наступательной операции (задумывавшейся как продолжение Барвенковско-Лозовской), которая закончилась сокрушительным поражением. Харьковская трагедия требует отдельного детального анализа, но следует заметить, что к разработке плана операции Малиновский никакого отношения не имел – от начала до конца это было прерогативой командования юго-западного направления.
В операции было задействовано лишь правое крыло Южного фронта, задача которого сводилась к обороне южного фаса Барвенковского выступа для обеспечения действий Юго-Западного фронта. Но для устойчивой обороны в случае нанесения противником массированного удара войск у Малиновского было недостаточно, а резервы ему выделены не были. При этом еще Южный фронт проводил локальную наступательную операцию по овладению районом Маяков. Однако, как командующий фронтом, Малиновский не сумел организовать прочную эшелонированную оборону.
Из-за этих ошибок командования Юго-Западного фронта немцы сумели 19 мая прорвать оборону 9-й армии Южного фронта и продвинуться на оперативную глубину Несмотря на все усилия Малиновского, противнику удалось выйти в тыл главной ударной группировке фронта, и 9-я армия была вынуждена отойти на левый берег Северского Донца.
Также сильной немецкой ударной группировкой был нанесен удар по 57-й армии, что еще более усугубило положение Южного фронта.
В результате наступательных действий немцев против Юго-Западного и Южного фронтов в окружение из состава войск Малиновского попали пять стрелковых дивизий. Попытка их деблокировать закончилась неудачей, и лишь незначительная часть сумела прорваться к своим благодаря нескольким атакам изнутри кольца.
Командование юго-западного направления – маршал Семен Тимошенко и член Военного совета Никита Хрущев – с целью отведения удара от себя сделали все возможное, чтобы хотя бы часть вины переложить на командующего Южным фронтом. Докладную Сталину они писали таким образом, чтобы Малиновский наряду с ними отвечал за общий провал в районе Барвенковского выступа. По их словам, которые лишь отчасти были справедливы: «Хорошо задуманное и организованное наступление на Харьков оказалось не вполне обеспеченным от ударов противника на барвенковском направлении».
Последствия Харьковской катастрофы могли бы быть для Малиновского самыми тяжелыми, но в Ставке понимали, что его вина не решающая. Сталин уже дорожил талантливыми полководцами, и никакие меры в отношении командующего фронтом предприняты не были.
Следующим тяжелым испытанием для Южного фронта стало отражение наступления немцев в ходе Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции, продолжавшейся с 28 июня по 24 июля. Во взаимодействии с войсками Брянского, Воронежского (с 7 июля) и Юго-Западного (до 12 июля) фронтов Южный фронт отражал наступление армейской группы «Вейхс», имевшей значительный перевес сил. Хотя в результате наши войска были вынуждены отступить в разных местах на расстояние от 150 до 400 километров, но поставленная немецким командованием задача на окружение и разгром основных сил советских фронтов выполнена не была. В частности, немцы не смогли окружить войска Южного фронта в Донбассе, и Малиновский смог организованно отвести их на левый берег Дона.
В конце июля 1942 г. Малиновский назначается первым заместителем Северо-Кавказского фронта (Южный фронт был ликвидирован, и его части были переданы Северо-Кавказскому фронту) и находится там до конца августа. Командующим фронтом был маршал Семен Буденный, и необходимо заметить, что совершенно не отвечает действительности представление о том, что он был «полководцем прошлого» и не соответствовал реалиям новой высокомеханизированной войны.