3-я танковая армия получила задачу наступать на Полтаву. Справа на Опошню наступала 69-я армия генерала М. И. Казакова. Слева на Красноград наступали правофланговые соединения 6-й армии Юго-Западного фронта.
Командующий 3-й танковой армией приказал 15-му танковому корпусу, 48-й гвардейской и 160-й стрелковым дивизиям к исходу 17 февраля овладеть Валками, а 12-му танковому корпусу и 111-й стрелковой дивизии — Новой Водолагой. 6-му гвардейскому кавалерийскому корпусу и 184-й стрелковой дивизии была поставлена задача наступать на Рябухино, Староверовку, обеспечивая левый фланг армии от ударов противника[13].
Перейдя в наступление утром 17 февраля, 15-й танковый корпус к исходу того же дня овладел Песочином, а к утру 18 февраля достиг Люботина и завязал упорные бои с панцер-гренадерской дивизией «Великая Германия», отчаянно оборонявшей город. 12-й танковый корпус освободил Безлюдовку, а в середине дня 18 февраля совместно со 111-й стрелковой дивизией, которой командовал полковник И. Г. Зиберов, овладел Мерефой.
Чтобы в кратчайший срок сломить сопротивление противника в районе Люботина, командарм приказал 12-му танковому корпусу нанести удар на Валки, а 160-й стрелковой дивизии, усиленной 195-й танковой бригадой 15-го танкового корпуса, обойти Люботин и овладеть Старым Мерчиком.
Возобновив наступление, 12-й танковый корпус на рубеже реки Мжа встретил упорное сопротивление противника и успеха не имел. Поэтому он нанес удар в западном направлении, утром 20 февраля овладел Будами, а затем, обойдя Люботин с юга и юго-запада, к исходу 21 февраля завязал бои за населенный пункт Огульцы. К этому времени главные силы 160-й стрелковой дивизии овладели Старым Мерчиком, а 195-я танковая бригада с одним стрелковым полком дивизии — хутором Медвежьим и с запада повела наступление на Люботин. Панцер-гренадерская дивизия «Великая Германия», опасаясь окружения, в ночь на 22 февраля начала отходить из города.
Преследуя противника, 15-й танковый корпус на рассвете 22 февраля овладел Люботином, а к исходу дня совместно с 12-м танковым корпусом освободил Огульцы. 48-я гвардейская стрелковая дивизия завязала бои за Старую Водолагу, 111-й стрелковая дивизия — за Новую Водолагу, а 6-й гвардейский кавалерийский корпус совместно со 184-й стрелковой дивизией овладел поселком Рябухино.
Наступление армии развивалось медленно. Это было следствием непрерывного усиления харьковской группировки противника новыми войсками, танками и серьезных потерь армии в личном составе и боевой технике. На 18 февраля в армии имелось в строю только 110 танков. Из-за растянутых коммуникаций не хватало горючего и боеприпасов, а войска были утомлены непрерывными 40-суточными боями. Пополнение армии шло не за счет подготовленных маршевых рот, а за счет мобилизации мужчин призывных возрастов в освобожденных районах, основная масса которых была не обучена военному делу. Требовалась определенная пауза в боевых действиях, чтобы привести боевую технику в порядок, подтянуть тылы и наладить снабжение войск, дать личному составу отдых, а также хоть немного обучить военному делу поступившее пополнение.
Военный совет танковой армии обратился к командующему фронтом с просьбой о предоставлении армии хотя бы трех суток для восстановления боеспособности войск. Но эта просьба была отклонена.
Командующий фронтом считал, что противник отходит за Днепр и если не снижать темп наступления, то войска фронта выйдут к реке. Но это было не так. Враг решил не отходить, а предпринять контрнаступление на Украине, нанести поражение войскам Юго-Западного и Воронежского фронтов и отбросить их за Северский Донец. Для этого из Западной Европы и с некоторых участков советско-германского фронта и было снято несколько дивизий. Германское командование решило взять реванш за Сталинград.
С этой целью 19 февраля 4-я армия противника в составе 2-го танкового корпуса СС и 48-го танкового корпуса перешла в наступление против войск правого крыла Юго-Западного фронта, вышедших на рубеж — Красноград, Новомосковск, Запорожье, Васильевка, — нанесла им поражение и вынудила к отходу на восток. Для оказания помощи Юго-Западному фронту в отражении контрудара противника Ставка ВГК решила использовать 3-ю танковую армию. В ночь на 23 февраля командующий Воронежским фронтом приказал командарму «с выходом на рубеж Ковяги, Валки полосу своего наступления передать войскам 69-й армии и форсированным маршем, уничтожая встречного противника, выйти и овладеть районом Карловка, Красноград»[14].
Утром 23 февраля войска армии начали наступление на новом направлении. Однако выполнить поставленную задачу не смогли, так как противник на рубеже Валки, Новая Водолага ввел в бой прибывшие резервы.
12-й танковый корпус и приданные ему стрелковые дивизии, овладев 25 февраля Валками, к исходу 27 февраля вышли на рубеж Очеретово, Камышеватая. В бою за Камышеватую бессмертный подвиг совершил командир противотанкового орудия 106-й танковой бригады младший сержант М. Г. Елисеев. Будучи раненным и оставаясь один у орудия, он подбил два танка и уничтожил 20 вражеских автомашин с пехотой, но сам погиб в бою. Подвиг славного сына марийского народа высоко оценен советским правительством. Ему посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза.
15-й танковый корпус, осуществив перегруппировку, к утру 25 февраля совместно со 111-й стрелковой дивизией обходным маневром овладел населенными пунктами Просяное, Новая Водолага и Караван, а утром 26 февраля — Власовкой. 111-я стрелковая дивизия к исходу 27 февраля овладела Староверовкой, а 6-й гвардейский кавалерийский корпус и 184-я стрелковая дивизия вышли в район Ефремовки и Прасковея, где встретили упорное сопротивление врага.
28 февраля 3-я танковая армия была переподчинена Юго-Западному фронту. Командующий фронтом генерал-полковник Н. Ф. Ватутин приказал армии частью стрелковых дивизий занять оборону на рубеже Очеретово, Камышеватая, Староверовка, Дмитриевка, а главными силами к исходу 1 марта сосредоточиться в районе Кегичевка, Новая Парафиевка, Павловка, Шляховое, с утра 2 марта нанести удар в направлении Мироновки, Лозовеньки и разгромить противника, теснившего 6-ю армию.
К исходу 1 марта 15-й танковый корпус, 111, 184-я и 219-я стрелковые дивизии вышли в район Казачьи Майданы, Россоховатая, Кегичевка, Павловка, Чапаево. Здесь они перешли к обороне, отражая частые атаки противника и ожидая подхода 12-го танкового корпуса. 6-й гвардейский кавалерийский корпус в районе Ефремовки подвергся удару крупных сил врага и перешел к обороне. 12-й танковый корпус сосредоточился в районе н/п Шляховое.
К этому времени в составе обоих корпусов имелось только 30 исправных танков. Перейти в наступление утром 2 марта войска главной ударной группировки 3-й танковой армии не могли, так как не хватало ни горючего, ни боеприпасов. Наступление было перенесено на 3 марта. Но оно не состоялось.
В это время войска генерала Ф. И. Голикова продолжали наступать. К 23 февраля войска Воронежского фронта освободили города Сумы и Ахтырку. 180-я стрелковая дивизия 69-й армии форсировала реку Ворскла в 40 км севернее Полтавы. Однако с выходом советских войск на этот рубеж, как уже говорилось, резко ухудшилась обстановка южнее Харькова, где крупная группировка противника создала угрозу прорыва из полосы соседнего Юго-Западного фронта во фланг и в тыл Воронежского фронта. Тем не менее генерал Ф. И. Голиков продолжал ставить задачу стремительного наступления на запад. 25 февраля в боевом распоряжении штаба фронта 40-й армии указывалось: «С выходом в район Опошня создаются благоприятные условия для захвата Полтавы. Это дает возможность не только овладеть городом, но и отрезать значительные силы противника, начавшего отход из района Валки на Полтаву».
Однако стремление командования фронта продолжать наступление уже не отражало реального соотношения сил на направлении главного удара и не учитывало сложившейся к тому времени обстановки. К концу февраля войска Воронежского фронта, исчерпав свои наступательные возможности, вынуждены были перейти к обороне, сосредоточив главные усилия на отражении контрнаступления немцев в районе Харькова.