1942年5月16日

由于意识到德国空军在哈尔科夫战场上空的制空权正在威胁着整个攻势，铁木辛哥向苏军大本营请求给予更多的空军。他及时地得到了航空第220师，包括2个团的拉格战斗机和2个团的米格-3战斗机。铁木辛哥命令他们重新夺取第28集团军地域上空的制空权。然而德国空军正在继续从克里米亚调来更多的部队，仅靠4个苏军航空团无力扭转空中局势，而德国空军却能够对苏军北部集群持续空袭，使苏联空军无法有效使用近距离空中支援力量。

对保卢斯来说，5月16日早上的态势是最近几天让他最为满意的。第六集团军越来越多的预备队赶到了前线，利普希以南的防线都基本上被第3装甲师、第23装甲师和第71步兵师所稳定，只有在利普希和穆罗姆之前的缺口仍然没有被封上。

苏军也已经意识到了德军第23装甲师正在向北填补缺口，他们认为可以趁第23装甲师北上，涅波克雷塔亚防御空虚的机会来突袭该地以吸引第23装甲师掉回头来，从而打乱德国人的进攻计划。苏军的如意算盘打得不错，却不料德军第71步兵师已跟进填补了第23装甲师所留下的空缺，结果苏军用步兵第226师和步兵第124师残部组织的突袭撞上了德军第71步兵师的防御，碰得头破血流，之后苏军在坦克支援下又发起了几次进攻。尽管德方记录称他们打退了苏军许多波次的进攻，但考虑到这2个苏军步兵师已经在前2天的战斗中被打残，而苏方记录又声称当天该地段苏军没有大动静，因此可以认为苏军不过是在坦克支援下发起了几次有限的袭扰行动。

苏军别的部队在这天基本上都忙着重组，铁木辛哥从西南方面军预备队中调出的步兵第277师和坦克第58旅已启程去增援利亚贝舍夫的第28集团军，慢吞吞的近卫骑兵第3军居然此时还在捷尔诺瓦亚以北的第21集团军和第28集团军交界处，没有投入战斗！苏军此时还在积极行动的部队是步兵第175师和步兵第227师，它们各自得到了一些坦克支援并突入了利普希北面的缺口，尽管这在战术上没什么意义，铁木辛哥还是对这一行动予以鼓励，因为这可以让他向斯大林保证他的部队仍在攻城掠地。但铁木辛哥没有告诉斯大林的是，他无力消灭捷尔诺瓦亚的德军据点，以及苏军北部集群的大部已转入防御且正遭到德军装甲部队的反击。在这一地段上德军第79步兵师的情况有了不小改观，尽管博宁战斗群遭到了“自从对苏战争以来最为猛烈的炮火轰击”，但他的部队成功守住了穆罗姆以北的防线。第79步兵师的左翼苏军发动这么一出火力急袭，目的是吸引德军注意力，使德军不把预备队调往受威胁更为严重的右翼。

对第79步兵师来说最大的好消息是第168步兵师终于陆续抵达了，该师在利普希北面的缺口处开始展开，挡住了苏军步兵第227师前进的道路。

当天德军第23装甲师仍旧向捷尔诺瓦亚进发，在吃掉了苏军步兵第244师被包围的那个团后，第23装甲师以第201装甲团2营和第126摩托化步兵团1营（装甲运兵车营）组建的索特曼战斗群在步兵支援下继续向捷尔诺瓦亚推进，一路上遭到了苏军炮火的多次拦阻射击。来自该师工兵营的几辆改装喷火器的251型装甲运兵车在苏军阵地上用火焰烧出一条通路，在上午9点就轻松推进到了捷尔诺瓦亚镇外围，眼看着就要与被围德军取得联系了，但又遭遇一批在镇旁树林里掘壕死守的苏军部队，德军不得不停下来等待炮兵就位。在第128装甲炮兵团1营的炮火支援下，该战斗群再次发起了解围行动，显然在镇子里的格鲁纳也注意到了镇外的己方解围部队，于是从镇里向镇外苏军全力攻击。夹在两支德军部队火力中间的苏军阵脚大乱，索特曼战斗群趁机一拥而上，成功打破了苏军对捷尔诺瓦亚的4天包围，但很快苏军就发起了反击切断了德军刚刚打开的狭窄走廊，此外苏军在第23装甲师的其他地段发起了一些袭扰，牵制了第23装甲师不少部队。

韦斯特霍芬战斗群下的施密特·奥托集群此时却度过了一个相当轻松的上午，韦斯特霍芬命令他们拿下韦西洛耶，当施密特·奥托带领手下杀进该村时，却发现该地已经在前一天晚上被苏军步兵第244师丢下，他们轻松夺取了该地。

德军第294步兵师师部在整天时间里都忙着重组手下各种乱七八糟的战斗群，只有第222步兵团在1个高炮连的支援下和施密特·奥托集群一起进攻了韦西洛耶西北的苏军步兵第169师。该高炮连的连长留下了一份对当天战斗的描述：

早上俄国人的6门172mm炮向我们阵地倾泻着炮火，敲掉了我们1门高炮。突然苏军的T-34坦克出现了，Geis调转他的防空炮。向T-34扫了一通，结果20mm高炮弹居然引爆了T-34的附加油箱，整个树林都被炸得起了火。别的T-34纷纷后撤到建筑物后面，时不时向我们还击。所幸在他们没有给我们造成什么损失前，德国空军的轰炸机就把他们连同阵地炸上了天。

战至中午，德军第222步兵团因为缺乏预备队和疲劳转入了防御，但在施密特·奥托战斗群和第222步兵团的夹击下，苏军步兵第169师也损失惨重，该师下属的炮兵第307团2营不得不以直瞄火力近距离迎击施密特·奥托战斗群冲过来的坦克，营长巴克拉亚和下属的指战员以生命为代价，挡住了德军的进攻。营长巴克拉亚因无畏的表现被追授了苏联英雄的称号，但他们的牺牲只是暂时挡住了德军的反击，之后的几天里他们付出极大牺牲所夺取的土地将不得不因德军压力而放弃。

在5天的战斗后，利亚贝舍夫辖下的所有步兵师都受到了惨重的损失，而惟一还在前进的戈尔多夫辖下的2个步兵师也被新到的德军援军挡住了前进的道路，德军的援军仍不断涌来。铁木辛哥注意到德军正在从戈尔多夫右翼、别尔哥罗德方向不断抽调部队前来增援，因此命令戈尔多夫发起进攻牵制德军。无奈戈尔多夫手中兵力实在太少，他以步兵第301师一部发起的进攻很快在德军防御阵地前碰了一鼻子灰，德军仍大摇大摆地从他右翼抽调部队，对此戈尔多夫一点办法都没有。铁木辛哥当晚命令将步兵第162师和近卫坦克第6旅重新调回第28集团军，并命令第28集团军以该师为主力，在得到步兵第38师和步兵第244师各1个团支援后，与近卫坦克第6旅一起击溃德军第23装甲师和第3装甲师的部队，随后在得到西南方面军预备队的步兵第277师和坦克第58旅支援后继续完成前几天没有完成的进攻任务。南面第38集团军南翼则在秋古耶夫桥头堡方向得到来自大本营预备队的坦克第114旅支援后发起进攻。显然，到这个时候铁木辛哥还没有完全死心，但之后几天急转直下的南翼苏军突击集团战局彻底打乱了铁木辛哥的原定计划。