Первоначально для формирования Сводного танкового корпуса использовалась матчасть 3, 15-й танковых бригад. На 23 мая 1942 года 15 тбр имела в строю 29 танков (20 Т-34 и 9 Т-60), а 3 тбр — 33 танка (8 КВ, 9 Т-34 и 16 Т-60). Полноценного штаба танкового корпуса не было — для управления использовались остатки штаба 121-й танковой бригады. Отсутствие сколоченного штаба крайне затрудняло руководство танковыми бригадами и их обеспечение. Например, несколько дней личный состав Сводного танкового корпуса не был обеспечен продуктами питания.
Когда же танки бригад стали выдвигаться в исходные районы сосредоточения, оказалось, что переправы в районе п/п Гороховатка и в районе н/п Чистоводка отсутствуют. По спешно наведенной в течение трех часов переправе сумели переправиться только легкие танки. Остальным пришлось искать обходной маршрут.
Начиная с рубежа Чистоводка, колонна танков непрерывно подвергалась бомбежкам с воздуха, в результате чего задерживались переправа и движение.
К вечеру 23 мая в район сосредоточения в Ивановку прибыло 24 танка 15-й (17 Т-34 и 7 Т-60) и 15 танков 3-й (2 Т-34 и 13 Т-60) танковых бригад. Остальные гусеничные боевые машины отстали на маршруте прохождения колонны и все требовали ремонта. Танки КВ из-за отсутствия переправы необходимой грузоподъемности прибыли в район расположения бригад только 25 мая 1942 года.
По прибытии в Ивановку Сводный танковый корпус снова переформировали. 3-я танковая бригада из его состава была изъята, а вместо нее включены 64-я танковая бригада 23-го танкового корпуса, избежавшая окружения, 114-я танковая бригада и 92-й отдельный танковый батальон. Всего в сводном корпусе на тот момент имелось 102 танка.
По данным, которые были сообщены заместителю командующего Южного фронта по АБТВ генерал-лейтенанту танковых войск КА И. Штевневу (он осуществлял оперативное руководство Сводным танковым корпусом), полковником Рухле из армейской группы «Юг», 21 тк сосредоточивается в районе Гусаровка, Волвенково, Высокий, а 23 тк в районе Лозовеньки. На самом деле район сосредоточения 21 тк был уже занят противником.
Сводному танковому корпусу была поставлена задача во взаимодействии с 21-м танковым корпусом уничтожить группировку противника в районе Протопоповки.
25 мая 1942 года в 14.00 15-я танковая бригада совместно с учебным батальоном 242-й стрелковой дивизии начала наступление на Красную (в некоторых документах Червонную Гусаровку. — Примеч. авт.) Гусаровку и Байрак. 114-я танковая бригада во взаимодействии с 903-м стрелковым полком наступала на Чепель.
Противник встретил атаку танков сильным артиллерийским огнем. Боевые порядки наших войск непрерывно подвергались налетам немецких бомбардировщиков, действовавших группами по 25–30 машин. Для того чтобы остановить продвижение боевой группы генерала Шерстюка, успешно форсировавшей Северский Донец, германское командование ввело в сражение 384-ю пехотную и 14-ю танковую дивизии. Развернулось тяжелое позиционное противостояние, в «котле» которого подчас причудливо смешивались и переплетались трагические и комические сюжеты.
Учебный батальон 242-й стрелковой дивизии полковника А. М. Кошкина, действовавший совместно с 15-й танковой бригадой, потерял всякую связь с танками и о своем местонахождении не давал никому знать. Например, 1-я рота учбата должна была наступать во втором эшелоне батальона. В суматохе атаки командир батальона ее потерял. Рота численностью 70 человек под командой «геройского» лейтенанта Макартычана до 17.00 25 мая 1942 года сидела в тылу, не зная, что делать. Наконец ее обнаружили офицеры штаба Сводного танкового корпуса и отправили в наступление вслед за танками. Однако рота с наступлением темноты разбежалась и к 23 часам сначала командир роты — лейтенант Макартычан, а затем и вся рота отдельными группами возвратилась с поля боя под видом поиска командира батальона. О месте нахождения самого батальона 242-й стрелковой дивизии командиру 15-й танковой бригады стало известно только во второй половине дня 26 мая, когда это подразделение было обнаружено танкистами в лощине реки Северский Донец около населенных пунктов Жуковка, Шуровка.
К вечеру 25 мая 1942 года наши танковые бригады с боем заняли Чепель. Это был успех. В течение этого дня танковые бригады Сводного корпуса уничтожили 19 немецких танков, 8 противотанковых пушек и до 2-х рот пехоты противника. Свои потери составили 29 танков: 15 тбр — 7 (5 Т-34 и 2 Т-60), 64 тбр — 10 (7 МК II «Матильда» и 3 Т-60), 114 тбр — 12 (4 М3 и М2 средних, 8 Т-60). На 26 мая бригады имели в строю: 15 тбр — 10 Т-34 и 10 Т-60, 64 тбр — 2 МК II «Матильда», 1 МК III «Валентайн» и 7 Т-60, 114 тбр — 13 Т-60. В этот же день 92-й отдельный танковый батальон убыл из состава Сводного танкового корпуса в распоряжение командира 3-й танковой бригады.
26 мая 1942 года, после приведения себя в порядок, части боевой группы и корпуса продолжили наступление с задачей прорвать внешнее кольцо окружения. Помимо 15, 64, 114-й танковых бригад на участке 900-го стрелкового полка, в направлении Красной Гусаровки, была введена в бой 3-я танковая бригада. Вместе с приданным ей 92 отб она имела 35 танков (2 КВ, 13 Т-34 и 20 Т-60).
В 16.30, когда танки вступили в сражение с противником и его огневыми средствами, а мотострелковые батальоны бригад вышли из окопов и двинулись в атаку за танками, над полем боя появились 12 советских штурмовиков, которые нанесли бомбовый удар по своим же войскам. Понеся потери от «дружественного огня», мотострелковые батальоны залегли. Следом за нашими штурмовиками появились немецкие бомбардировщики, которые до конца дня группами по 20–30 штук бомбили наши части.
Пехота 242-й стрелковой дивизии в атаку вообще не поднялась. Мотострелковые батальоны танковых бригад к исходу дня занимали прежнее положение. Оборону противника прорвать не удалось.
За 26 мая 1942 года было уничтожено 4 танка и 2 противотанковых пушки противника. Свои потери составили 11 танков: 3 тбр — 1 КВ, 4 Т-34 и 1 Т-60, 15 тбр — 5 Т-34 и 3 Т-60. 64-я и 114-я танковые бригады потерь не имели.
На 27 мая бригады имели в строю: 3 тбр — 1 КВ, 6 Т-34 и 18 Т-60, 15 тбр — 6 Т-34 и 8 Т-60, 64 тбр — 2 МК II «Матльда», 1 МК III «Валентайн» и 7 Т-60, 114 тбр — 5 М2/М3 средних и 5 Т-60.
25 мая 1942 года в районе н/п Чепель прорвалась из окружения одна из крупных групп военнослужащих 6-й и 57-й армий. Все оставшиеся на ходу танки окруженной группировки «Юг» были объединены в танковую группу генерал-майора Кузьмина, состоящую из 5-й гвардейской, 7, 37, 38, 43-й танковых бригад, а также остатков 21-го и 23-го танковых корпусов. Им была поставлена задача — прорвать линию обороны противника и вывести окруженные части 6-й и 57-й армий в направлении Лозовенька, Садки, Чепель. В головной походной заставе двигалась 5-я гвардейская танковая бригада, имевшая 14 танков (1 КВ, 7 Т-34 и 6 Т-60). По воспоминаниям очевидцев, в районе населенного пункта Лозовенька приготовились к прорыву группа из 60 танков 21-го танкового корпуса и отдельных танковых бригад Юго-Западного фронта. Танки построили «клином», который возглавила наиболее опытная 5-я гвардейская танковая бригада во главе с ее командиром генерал-майором Михайловым. На броню танков положили раненых. Пехоту разместили внутри «клина» и предупредили, чтобы пехотинцы бежали вслед за танками, так как остановок на перегруппировку не будет. Из 22 тысяч человек, которые пошли на прорыв, из окружения вышли около 5 тысяч и 5 танков 5-й гвардейской танковой бригады (4 Т-34 и 1 Т-60), 2 автомашины ГАЗ-АА и одна зенитная пулеметная установка (ЗПУ) на базе грузовика ГАЗ-ААА, которая прикрывала их огнем. Командир 5 гв. тбр был ранен и попал в плен, комиссар бригады был убит, из 1211 человек бригады из окружения вышло 155.
Также, в течение 26 мая, прорвали немецкую оборону и вывели из окружения другую группу советских военнослужащих 6-й и 57-й армий танкисты 23-го танкового корпуса во главе с его командиром Героем Советского Союза генерал-майором танковых войск Пушкиным.
Между тем положение советских войск в «котле» было очень тяжелым — не хватало боеприпасов, горючего и продовольствия, а открытая степная местность не позволяла войскам укрыться от огня противника. Несмотря на отчаянные попытки, большинству бойцов и командиров так и не удалось вырваться из окружения. Один из немецких солдат из 1-й горнопехотной дивизии, участник тех боев, описал это так (1-я горнопехотная дивизия занимала оборону по берегу реки Берека на внутреннем фронте окружения. Группы генерал-майора Михайлова и генерал-майора Пушкина при выходе из окружения обошли дивизию справа и слева по флангам. — Примеч. авт.): «Через несколько часов после того, как 1-я горпопехотная дивизия заняла свои позиции, ночью с 25 на 26 мая начался первый прорыв окруженных войск. С чудовищным рокотом, в озаряемой осветительными ракетами ночи, русские колонны, плотно сжатые, под пронзительные команды своих офицеров и комиссаров катились на наши позиции. Мы открыли бешеный оборонительный огонь. Вражеские колонны пропахали нашу тонкую линию обороны, забивая и закалывая все, что стояло на их пути, оступаясь и спотыкаясь о собственные трупы, пройдя еще пару сотен метров и, наконец, падают под нашим огнем. Оставшиеся в живых отошли по долине реки Берека. Через некоторое время — уже светало — от нас были посланы разведгруппы в долину Береки с целью выяснения обстановки. Но разведчики ушли недалеко — все вокруг кишело русскими. Всюду лежали трупы — неописуемая, жуткая картина. Но бои в „котле“ еще не окончились — там внизу, на берегу Береки были еще десятки тысяч тех, кто не желал сдаваться. Атаки наших танков не имели успеха — их тут же контратаковали советские Т-34. Это выглядело как в кино.
