Значительное продвижение имели соединения 21 и 38-й армий. В ночь на 12 мая подразделения 76-й стрелковой дивизии 21-й армии захватили небольшие плацдармы на западном берегу реки Сев. Донец. С этих плацдармов утром 12 мая дивизия начала наступление главными силами по сходящимся направлениям. К исходу дня части дивизии соединились и образовали общий плацдарм шириной 5 км и глубиной до 4 км.
293 и 227-я стрелковые дивизии 21-й армии успешно осуществили прорыв оборонительной полосы противника и, развивая успех, к исходу дня, овладев несколькими населенными пунктами, продвинулись в северном направлении на 10 км и в северо-западном направлении на 6–8 км. Однако создать общий плацдарм частям 76 и 293-й стрелковых дивизий в течение дня не удалось.
12 мая успешно действовала 10-я танковая бригада. В отчетных документах отмечалось: «10-я тбр во взаимодействии с 277 сд в 7.30 с рубежа отм. 103,1, 112,2 перешла в наступление, и к 18.00 овладела Дегтяревка, Избицкое. Уничтожено и захвачено:
300 фашистов, 7 пушек, 3 миномета, 3 ДЗОТ, 6 блиндажей, 3 ручных пулемета, 2 автомата, захвачено 5 пленных 97 пд 208 пп, 2 пулемета. Потери: 1 Т-34 подорвался на минах (пробито дно), убито 2, ранено 38».
Обучение бронебойщиков мотострелкового батальона танковой бригады перед грядущим наступлением. Бойцы ведут огонь из 14,5-мм противотанковых ружей Дегтярева — ПТРД. Юго-Западный фронт, май 1942 года (АСКМ).
Соединения 28-й армии в результате напряженных боев овладели сильными опорными пунктами немцев Байрак, Купьеваха и Драгуновка и окружили немецкий гарнизон в Варваровке. Дальнейшее продвижение наших частей вглубь немецкой обороны было остановлено противником. К исходу дня части 13-й гвардейской дивизии, усиленные танками 90-й танковой бригады, выбили противника из Перемоги.
В полосе 38-й армии наиболее успешно действовала 226-я стрелковая дивизия. Усиленная 36-й танковой бригадой, дивизия прорвала тактическую глубину обороны немцев и, преследуя разбитые части 294-й пехотной дивизии и 211-го полка 71-й пехотной дивизии, после короткого боя овладела узлом сопротивления противника в Непокрытая. Продвижение дивизии за день составило 10 км. Этот успех был использован для развития наступления соседней 124-й стрелковой дивизии, которая, действуя совместно с 13-й танковой бригадой, ударами с севера и востока выбила немцев из опорного пункта Песчаное. Причем 13-я танковая бригада, как и две других из состава 22-го танкового корпуса (36 и 133-я), согласно приказу Военного Совета 38-й армии № 00105 от 9 мая 1942 года были приданы стрелковым соединениям для поддержки пехоты. Сам корпус как единая боевая единица не использовался. Однако применение танков позволило 81-й стрелковой дивизии после упорного боя, длившегося весь день, овладеть населенным пунктом Большая Бабка.