当沃罗涅日方面军与曼施坦因的反击部队激战之际，在其左翼，科涅夫的草原方面军对哈尔科夫的正面攻击也艰难地进行着。
8月10日，科涅夫下达了攻占哈尔科夫的命令。和曼施坦因以及多数西方历史学家认识所不同的是，科涅夫并不热衷于在哈尔科夫包围德军重兵集团。一方面因为他手头并没有强大的坦克部队以迂回哈尔科夫；另一方面，科涅夫也害怕被围德军利用哈尔科夫坚固的城防，在巷战中长期拖耗并杀伤苏军兵力。为了避免出现这种情况，科涅夫试图先把德军从城内赶出去，然后在野战中加以分割歼灭。
防守哈尔科夫地域的德军“肯普夫”战役集群在8月16日被改编为第8集团军。原司令肯普夫被希特勒免职，换成了奥特·沃勒尔步兵上将。这次人事变更得到了曼施坦因的支持。因为沃勒尔曾经是曼施坦因的参谋长，自然比肯普夫更“听话”。
德第8集团军本身的兵力一直在增强，很快聚集起了第167、168、198、106、320、282、39、161步兵师以及第6装甲师余部，第223和355步兵师也抵达哈尔科夫南部，增援部队还包括党卫军骑兵师。8月中旬，直接防卫哈尔科夫的部队包括6个师，160辆坦克强击火炮。到8月20日，第8集团军编成内有17个师（包括5个装甲师和装甲步兵师），但因为伤亡严重，实际战斗力只相当于8个师。
8月24日，第8集团军所属兵力进一步增加为19个师（包括从第4装甲集团军转隶的第48装甲军）。其中18个师以及独立坦克强击火炮部队，兵力总计近16万人，装备740辆坦克强击火炮（可用209辆），另有火炮迫击炮1935门（包括292门75毫米反坦克炮），293门高射炮（含54门88炮）。如果再加上直属炮兵、工兵、舟桥和后勤部队，以及“大日耳曼”师，集团军总兵力估计在20万人以上，装备数量也要多得多。
1943年8月24—25日第8集团军战斗部队实力（不含军直属炮兵、工兵、舟桥和后勤部队，以及“大日耳曼”师）
18个师合计兵力157048人，“战斗力量”60335人；连同第503坦克营，2个强击火炮营，1个重型坦克歼击营，兵力为159688人，“战斗力量”61317人；
坦克强击火炮总数740辆，其中可动209辆：可动坦克158辆，另有449辆在修；可动强击火炮51辆，82辆在修；
火炮迫击炮1935门（不含军直属炮兵）：105毫米榴弹炮406门，150毫米榴弹炮137门，100毫米加农炮27门，中型反坦克炮253门，重型反坦克炮292门，150毫米迫击炮（火箭炮）10门，81毫米迫击炮498门，步兵炮312门；
高射炮293门（不含独立高炮部队）：20毫米高射炮222门，37毫米高射炮17门，88毫米高射炮54门；
重机枪869挺，轻机枪7935挺，步枪冲锋枪177342支（不含除坦克、强击火炮部队外其余独立战斗以及后勤部队的装备）
8月24—25日德第8集团军部分野战师实力
德第8集团军还拥有极其完备的防御工事。德军在哈尔科夫北部接近地构筑了七道防线。每一防线都由几条连续堑壕组成。堑壕之间以发达的斜切阵地和交通线相连接。哈尔科夫地区的德军土木发射点，每个都覆盖了2～3层荒木。几乎所有石头楼房都被充当据点。下面几层安置火炮。上面则布置机枪和冲锋枪。
由于德军依托坚固工事实施顽强抵抗，科涅夫的正面进攻遭到严重挫折，陷入了缓慢而残酷的阵地战。尽管如此，草原方面军还是以第53、69集团军，第7近卫集团军，第57集团军逐渐向哈尔科夫逼近。8月12日，苏军自北面和东面逼近了哈尔科夫，距离城市10公里。
虽然同一天，西南方面军向哈尔科夫东南部发起了攻击。但在没有坦克部队支援的情况下，科涅夫很难迅速拿下哈尔科夫。他的进攻战术也存在很多问题。8月15日，朱可夫就指责沃罗涅日方面军和草原方面军，把炮兵军和炮兵师的部队，分散给了各步兵师，以至于难以突破德军的防御。他同时要求部队不要纠缠于从正面进攻德军坚固阵地，而要尽可能从侧面实施迂回。
截至8月17日，苏军对哈尔科夫的攻击被暂时阻止。但德军也蒙受了严重伤亡。哈尔科夫防线的德军各师多数只剩下团营规模，步兵力量衰竭严重。德军第3装甲师只剩10辆坦克，第6装甲师还有4辆坦克，第905、228强击火炮营分别只剩5门和17门强击火炮。德军的弹药供应也日益短缺。鉴于哈尔科夫防御部队的力量即将耗尽，奥特·沃勒尔将军再次请求将第8集团军撤出哈尔科夫地区。
在这段时间内，科涅夫一直请求朱可夫赶快把第5近卫坦克集团军调给他。但由于该集团军在沃罗涅日方面军地段被德军反击所牵制，迟迟未能成行。权衡过形势后，科涅夫决定把主攻方向转到右翼第53集团军。该集团军奉命向德军左翼实施迂回，切断哈尔科夫—波尔塔瓦铁路，然后从西部和西南部攻向哈尔科夫。为了配合第53集团军，第69、57集团军，第7近卫集团军也将继续猛攻当面的德军，以阻止其调动部队抵抗第53集团军的突破。
8月18日16时45分，第53集团军在马纳加罗夫中将指挥下开始进攻。红军首先实施了45分钟猛烈炮击，然后派出第一梯队第299、84、116步兵师，猛攻德第3装甲师和第168步兵师之间的接合部。
苏军士兵沿着断壁残垣，逐一消灭据点内的德国士兵
盘踞在哈尔科夫西北森林内的德军一度阻止了苏军的前进。科涅夫和马纳加罗夫遂决定在夜间发动强攻。在凶猛炮火和坦克的支援下，第299、84步兵师终于把德国人赶出了森林。当天，红军取得了初步突破，前进了3公里。苏军随即投入了第二梯队第252步兵师以扩大战果。
在击退了德军一系列反击后，苏军在8月19日抵达乌德河北岸，随后占据了一些据点。这是德军在哈尔科夫以西最后的天然屏障。为了增强第53集团军的突击力量，科涅夫又将第69集团军第48步兵军转隶属第53集团军。(www.xing528.com)
红军第53集团军在哈尔科夫西部的迂回突破，导致哈尔科夫地区德军的退路随时可能被切断。8月20日，德第11军军长劳斯向第8集团军司令部告急：“第198、168步兵师和第3装甲师已经流尽了鲜血……如果敌人发动主攻，第11军将被击溃，哈尔科夫西部阵地将被撕裂，城市将被包围。”
此时，曼施坦因已经决心放弃哈尔科夫。但为了保证德军能够顺利撤离，就必须首先解除被哈尔科夫西部红军切断退路的严重危险。为此德军倾其所有。除了原先防守哈尔科夫西部的第168、198步兵师以及第3装甲师（13辆坦克）外，“帝国”师也被投入战斗。
红军使用ROKS-2型火焰喷射器
这个精锐的党卫军师经过几乎不间断的恶战，突击力量已大打折扣，只有38辆坦克和19门强击火炮可以使用。但其炮兵力量依然完好无损。为了打退红军坦克突击，“帝国”师采取集中火力的战法，依托伪装良好的阵地布防。一旦苏军坦克逼近，就动用坦克强击火炮和全部炮兵火力实施集中射击，给对手造成了重大杀伤。德国空军也竭尽所能，采用以战斗机先驱散或暂时牵制住苏军飞机，然后以Ju-87乘隙袭击红军坦克群的战术，以支援地面作战。
8月20日，实施进攻的红军草原方面军也得到了新的兵团。鉴于沃罗涅日方面军已经度过了危机，朱可夫终于同意将第5近卫坦克集团军（欠第29坦克军）调给草原方面军。虽然从序列上看，该坦克集团军早在8月9日就隶属给了草原方面军。
科涅夫决定将第5近卫坦克集团军投入乌德河北岸阵地。但此时的第5坦克集团军早已大为削弱，只有111辆坦克（一说160辆），包括97辆T-34。
而根据德第11军军长劳斯的说法，德军在苏军第5坦克集团军前集中的装甲兵力却包括96辆“黑豹”、35辆“虎”、25辆Ⅲ号强击火炮，并得到“大黄蜂”重型坦克歼击车，以及大量反坦克炮、高射炮和105毫米自行榴弹炮的支援，足以在苏军坦克部队前构成严密炙热的火网屏障。
8月20日，第5近卫坦克集团军抵达乌德河北岸，并于9时发起进攻。由于大雨，这一地区泥泞难行。在河两岸，苏第53集团军与德军的激战尚未结束，也未能架设好供坦克通过的桥梁。而当红军坦克开始勉强推进后，又撞入了德军的雷场，数辆坦克被炸毁！接着，第5近卫坦克集团军又遭到了德军炮火的集中轰击，短短数分钟内就有11辆坦克被炸毁。第5近卫坦克集团军由于出师不利，加上战场准备没有完成，只得暂时后撤。事后德方宣称击毁红军第5坦克集团军184辆T-34，实在夸大得离谱！
就在坦克集团军退出战斗之际，红军第53集团军却在乌德河南岸站住了脚跟，并在德军疯狂轰击下，以第28近卫步兵师扩大了南岸登陆场。随后，苏第252和84步兵师也进入该登陆场。经过苏联工兵彻夜努力，8月20日晚，乌德河上出现了1条载重60吨的浮桥。
8月21日，第5近卫坦克集团军终于通过乌德河。德军的“虎”式坦克和“大黄蜂”重型坦克歼击车拼命抵抗，56～71倍径88毫米火炮甚至在3000米距离上就给予T-34坦克致命打击。但红军的突破已不可阻挡，一些T-34坦克甚至冲入德军第106步兵师战斗指挥所。
第5近卫坦克集团军在哈尔科夫西部的突破，导致德军面临后方被切断的危险。生死关头的德国人孤注一掷！8月22日，德军第3装甲师和“帝国”师向第5近卫坦克集团军发动反击。双方坦克在对冲中甚至逼近到了50米之内，几乎是钢铁的肉搏！抵达不久的“帝国”师第1坦克营（71辆“黑豹”）也以42辆“黑豹”坦克和8门强击火炮参战，在哈尔科夫以西的柳博京地区与红军坦克展开激战。“黑豹”的性能优势再度为实战所证实，据称一辆“黑豹”就单独击毁了7辆红军坦克。
经历过这次坦克战的苏德装甲部队都元气大伤。红军第5近卫坦克集团军到8月25日只剩下50辆可用坦克。同一天，德军“帝国”师只有22辆坦克、22～28辆强击火炮还可以使用。8月26日，“帝国”师只有27辆“黑豹”、7辆“虎”可动，所属“黑豹”坦克营到9月初只有21辆“黑豹”可用，其余50辆中有10辆彻底损失，40辆在修。
德军士兵正在给反坦克地雷插入雷管
苏军士兵正在推动一门1943型57毫米反坦克炮。左侧的士兵还戴着旧式钢盔
尽管德军装甲部队竭尽全力实施反击，还是未能阻止红军第5近卫坦克集团军22日切断哈尔科夫—波尔塔瓦铁路。但苏军因为损失惨重，也难以取得更大进展。而德国人依然掌握由哈尔科夫通向南面梅列法和克拉斯诺格勒的铁路和公路，苏军只能动用航空部队对这一交通线实施空袭。
8月22日下午，德第8集团军开始从哈尔科夫地区撤退。与此同时，由于德军坦克部队被投入哈尔科夫西面的反击，其正面防线在红军攻击下开始瓦解。当天黄昏，科涅夫下令强攻哈尔科夫。红军第53集团军的第89近卫步兵师和第107步兵师首先攻入哈尔科夫西部。德军预先埋设了61000个地雷和320个应用地雷和诡雷，并留下部分后卫兵力。哈尔科夫城内通宵都在进行激烈战斗。
8月23日2点，苏第69集团军和第7近卫集团军部队也攻入市区，红军第183步兵师沿着苏梅大街推进到捷尔任斯基广场，而第89近卫步兵师则在戈斯普罗姆大楼升起了红旗。当天中午11时，红军收复哈尔科夫。这座大城市原有的100万人口，除了战乱中疏散逃离之外，有不少于6万人被德军杀害，15万人被劫走，残存下来的只有19万人。
收复哈尔科夫后，高速通过市区的苏军轻型坦克
拥有大量现代风格建筑的工业大都市哈尔科夫经过无情战火的几轮摧残，变得破败凋零，但毕竟还是回到了红军的手中。8月23日黄昏，整个德军别尔哥罗德—哈尔科夫突出部被苏军消除。莫斯科以224门礼炮鸣放20响来庆祝这一胜利！以1943年7月4日德军于库尔斯克南部发动进攻为起点的库尔斯克攻防大会战，至此全部结束！
曼施坦因整个南部战线的崩溃却刚刚开始。
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