Вступая в бой по собственной инициативе, части 5-го кавалерийского корпуса отбили атаки немцев из района Долгенькой. Попытки противника выйти к переправам через реку Северский Донец были отражены частями 333-й и 51-й стрелковых дивизий.

Штаб Южного фронта узнал о начавшемся наступлении противника лишь во второй половине дня, когда немцы уже завершали прорыв нашей обороны. В штаб Юго-Западного направления об этом было доложено только к исходу дня, когда фронт 9-й армии был повсеместно прорван. На правом фланге в северо-западной части Барвенково продолжали сражаться подразделения 341-й стрелковой дивизии и 1118-й полк 333-й стрелковой дивизии. Далее между Барвенково и свх. Ильичевка образовался разрыв, в котором наших войск не было.

Части правого фланга и центра 57-й армии оставались на прежних рубежах, а на стыке с 9-й армией загнули фланг к северу. На левом фланге 351-й стрелковой дивизии 57-й армии оборонялись отошедшие сюда подразделения 341-й стрелковой дивизии 9-й армии.

На стыке 57-й и 9-й армий также образовался разрыв шириной 20 км, не занятый нашими войсками. В глубине расположения войск 57-й армии, западнее и северо-западнее Барвенково был сосредоточен 2-й кавалерийский корпус полковника Г. А. Ковалева, составлявший резерв главнокомандующего Юго-Западным направлением. В резерве командующего 57-й армией находились два полка 14-й гвардейской стрелковой дивизии. Никаких распоряжений от командования о выдвижении и вводе в бой эти войска не получили, весь день оставались на месте и потому какого-либо влияния на ход событий, происходивших на стыке 57-й и 9-й армий, не оказали. Удаление этих войск от линии фронта к исходу 17 мая составляло 18–28 км.

Авиация противника, поддерживая наземные войска, совершила около 2000 самолето-вылетов. Авиация же Южного фронта в этот день проявила очень малую активность, сделав лишь 67 самолето-вылетов.

Командующий Южным фронтом Р. Я. Малиновский после получения донесений о прорыве противником обороны 9-й армии решил передать командующему 9-й армией 5-й кавалерийский корпус генерал-майора И. А. Плиева из своего резерва и приказал срочно перебросить автотранспортом и по железной дороге из района Лисичанска 296-ю стрелковую дивизию и 3-ю танковую бригаду и подчинить их командующему 9-й армией. Ожидались еще две стрелковые дивизии и две танковые бригады.

По докладу командующего Южным фронтом главнокомандующий Юго-Западным направлением передал ему свой резерв — 2-й кавалерийский корпус — и приказал организовать силами 2-го и 5-го кавалерийских корпусов и 14-й гвардейской стрелковой дивизии (резерва 57-й армии) разгром прорвавшегося противника и восстановить положение.

Однако все эти распоряжения, за исключением касающихся передвижения глубоких оперативных резервов, к исходу 17 мая не могли быть выполнены, так как к этому времени ближайший резерв командующего Южным фронтом — 5-й кавалерийский корпус — уже вел оборонительные бои разрозненными частями. Кроме того, управление войсками командующим 9-й армией было полностью потеряно, и он не мог ни организовать взаимодействие между 57-й и 9-й армиями, ни руководить боевыми действиями своих резервов. Связь штаба фронта с командным пунктом 9-й армии была установлена только к 24 часам 17 мая.

В то время когда войска правого крыла Южного фронта вели тяжелые оборонительные бои, обе ударные группировки Юго-Западного фронта продолжали развивать наступление.

В ночь на 17 мая войсками 6-й армии на реке Берестовая были восстановлены три моста. Приготовления к вводу в бой танковых корпусов были также закончены. В 5 часов 17 мая в направлении на Тарановку начал выдвижение 21-й танковый корпус. 23-й танковый корпус закончил переправу через реку Берестовую и в 8 часов перешел в наступление в общем направлении на Новую Водолагу. 17 мая немецкое командование переключило всю авиацию, действующую на красноградском направлении, для обеспечения наступления группы фон Клейста. В результате этого активность немецкой авиации в полосе наступления южной ударной группировки Юго-Западного фронта резко снизилась.

Ломая сопротивление противника, части 21-го танкового корпуса овладели Тарановкой и к исходу дня вышли на рубеж Шурино, Зеленый Уголок. Части 23-го танкового корпуса к этому времени продвинулись в северо-западном направлении на 15 км и перерезали железную дорогу Харьков — Красноград.

Благодаря успешным действиям танковых корпусов все соединения 6-й армии в этот день продвинулись на 6–10 км. На правом фланге армии 253-я стрелковая дивизия с 37-й танковой бригадой вышли непосредственно к городу Змиеву.

Основные усилия армейской группы на протяжении всего дня были по-прежнему направлены на овладение Красноградом. Не сумев ворваться в город на плечах отступающего противника, части 6-го кавалерийского корпуса оказались втянутыми в тяжелые бои за овладение городом. Удаление передовых частей армейской группы от тыловых баз 17 мая достигло 190 км. Органы тыла не справлялись с задачей своевременного снабжения корпуса всем необходимым, прежде всего боеприпасами. В то же время немцы располагали ими в неограниченных количествах, так как Красноград являлся их опорной тыловой базой. Все это заставило командующего группой принять решение прекратить штурм города и начать накопление боеприпасов. А на остальном фронте армейской группы части имели незначительное продвижение.

Боевые действия северной ударной группировки Юго-Западного фронта развивались в течение 17 мая вне зависимости от событий, развернувшихся на юге. Однако с самого начала они протекали с большими отклонениями от решения командующего Юго-Западным фронтом, принятого 16 мая.

В ночь на 17 мая командующий 38-й армией доложил о том, что части левого фланга армии не готовы к наступлению, назначенному на утро 17 мая, и получил разрешение перенести начало наступления на сутки. При этом командующий Юго-Западным фронтом оставил в силе свой приказ о наступлении с утра 17 мая 28-й армии и частей правого фланга 38-й армии.