Противник підготував добре організовану оборону, яка проходила по крутому правому березі Сіверського Дінця і складалася з 2—3 смуг. Висоти й населені пункти були перетворені на вузли опору.
Задум радянського командування передбачав нанесення головного удару з району Ізюма суміжними флангами 1-ї і 8-ї гвардійських армій в напрямі на Барвінкове, Червоноармійське і допоміжного удару 3-ї гвардійської армії з району Привільне в напрямі на Артемівська. Завдання рухомих з'єднань — увійти до прориву і ударом в напрямі на Сталіне у взаємодії з військами Південного фронту оточити донбасівське угрупування противника.
Хід операції
Операція почалася 17 липня. Протягом дня 1-ша і 8-ма гвардійські армії форсували Сіверський Донець, захопили декілька плацдармів на його правому березі й уклинилися в оборону противника на глибину до 5 км. На другий день для завершення прориву оборони стали вводитися в бій по частинах 23-й танковий і 1-й гвардійський механізований корпуси. До цього часу противник підтяг свої оперативні резерви — 17-ту і 23-тю танкові дивізії, а також танкову дивізію СС «Вікінг». Спроби завершити прорив тактичної оборони противника були безуспішні. Боротьба продовжувалася за розширення й об'єднання захоплених плацдармів. 3-тя гвардійська армія не змогла розвинути наступ.
Наслідки
Внаслідок наступу було захоплено кілька плацдармів на правому березі Сіверського Дінця. Проте спроби розвинути тактичний успіх виявилися марними. Утім операція відволікла значні резерви противника, що своєю чергою сприяло військам Воронезького фронту у проведенні оборонної операції під Курськом.