По плану немецкого командования с утра 11 июня 1942 г. планировалось ввести в прорыв на участке 297-й пехотной дивизии 14-ю и 22-ю танковые дивизии 3-го танкового корпуса, однако начавшиеся дожди сорвали своевременное наведение переправы через Северский Донец в Богородичном, из-за чего переправа 22-й танковой дивизии утром так и не состоялась, и лишь передовые подразделения ее 129-го моторизованного полка смогли перейти реку. Из-за повреждений моста в Балабаевке 14-я танковая дивизия смогла приступить к переправе через Большой Бурлук с 7.00 11 июня. В 8.00 наблюдением с советской стороны было обнаружено движение из Базалеевки на Юрченково свыше 30 танков и свыше батальона пехоты – передовых подразделений 14-й ТД. Одновременно проходила переправа 1-го и 2-го батальонов 522-го пехотного полка 297-й пехотной дивизии, завершившаяся в 7.45, после чего батальоны вышли на линию фронта между 523-м и 524-м пехотными полками, уплотнив их боевые порядки.
После завершения переправы в 10.00 297-я пехотная дивизия всеми своими 3 пехотными полками с достигнутого накануне рубежа: высота 135,0 (у северо-западной окраины Юрченково) – высота 130,9 (2,5 км северо-восточнее с. Базалеевка) – восточнее Богородичного – хутор Красное Знамя – перешла в наступление в общем направлении на Артемовку, атаковав позиции 300-й стрелковой дивизии. Справа от них на Юрченково против остатков 854-го стрелкового полка 277-й стрелковой дивизии и далее на Новый Бурлук против 38-й стрелковой дивизии и левофланговых частей 300-й СД атаковала частью сил 14-я танковая дивизия. Воспользовавшись отходом 854-го полка, сравнительно быстро в 11.00 она заняла Юрченково, к 12.00 танками вышла на высоту 149,5 к югу от Нового Бурлука, в 12.00 силою 30 танков и до 2 батальонов пехоты с ходу заняла южную часть Нового Бурлука, потеряв здесь 2 танка подбитыми, а к 13.15 передовые части 14-й ТД достигли моста через Величков яр в 1,6 км к северу от Нового Бурлука. Далее продвижение немецких танков увязло. Быстро сломить оборону 38-й и 300-й СД 14-й танковой дивизии не удалось, и к 15.00 она своими левофланговыми частями продолжала вести бой в западной части Нового Бурлука.
Продвижение танков 14-й ТД в районе Нового Бурлука 11 июня удалось приостановить во многом благодаря самоотверженным действиям советских артиллеристов. 1-я батарея 822-го артполка 300-й СД (командир батареи – старший лейтенант Александр Аввакумов) смогла уничтожить 4 танка, 5 танков подбила 5-я батарея 822-го АП старшего лейтенанта Александра Кузнецова, еще 5 танков уничтожила 1-я батарея 214-го артиллерийского полка 38-й СД.
Одновременно с разразившимися боями в Новом Бурлуке наступавший левее немецких танкистов 523-й пехотный полк 297-й ПД к 13.35 достиг курганов с отметками +2,2 и +1,5 в 3 км к северу от Юрченково, наступавший в центре 522-й пехотный полк к 13.45 достиг высоты 140,4 к северо-западу от Нового Бурлука, а левофланговый 524-й пехотный полк к 15.00 достиг высоты 117,4 в 2,6 км юго-западнее Артемовки. Тем временем в 11.30 немецкие саперы навели новую переправу через Северский Донец у Богородичного, после чего с 14.30 передовой отряд капитана Зауэра (1-й батальон 129-го моторизованного полка, усиленный 2-й ротой 204-го танкового полка, 4-й батареей 140-го артполка, бронеавтомобилями 24-го мотоциклетного батальона, взводом 76-мм самоходных орудий, взводом 10-й роты 129-го МП и саперным взводом), а следом за ним и главные силы 204-го танкового полка 22-й танковой дивизии двинулись через Северский Донец в наступление. Впрочем, в отличие от 14-й танковой дивизии у 22-й танковой дивизии ввести танки в прорыв 11 июня так и не получилось, т.к. около 19.00 под передовыми танками Pz.III провалился мост, и переправа танков полностью сорвалась.
С 15.00 понесший большие потери в минувших боях 1049-й стрелковый полк под давлением 297-й пехотной дивизии приступил к отходу на юго-западную окраину Артемовки. Вместе с ним у южной окраины Артемовки действовал 201-й танковый батальон 84-й танковой бригады в составе 11 танков Т-34. Чуть южнее 1049-го полка 1053-й стрелковый полк продолжал вести бой на рубеже: южные скаты высоты 161,4 – отметка 157,5 между Артемовкой и Новым Бурлуком.
Встретив сильное сопротивление в Новом Бурлуке, 14-я танковая дивизия не стала всеми силами втягиваться в бой внутри этого села, но направила свою ударную боевую группу подполковника Кречмера (36-й танковый полк без 1 роты, усиленный 2-м батальоном 103-го МП на бронетранспортерах, артиллерией и саперами) в обход Нового Бурлука с востока и к исходу дня вышла к северо-востоку от поселка Красноармейский (ныне с. Полковничье), где ее дальнейшее продвижение во фланг и тыл 38-й стрелковой дивизии оказалось сковано 22-м гвардейским стрелковым полком 9-й гвардейской стрелковой дивизии. В конце концов под напором немецких танков 29-й и 343-й стрелковые полки 38-й СД оставили Новый Бурлук и к 16.00 вели бой на высотах к северу от Нового Бурлука, а 48-й стрелковый полк занял оборону на речке Гнилица на участке: Аркушино – Червоный (севернее с. Аркушино) фронтом на юго-восток, прикрыв левый фланг и тыл 38-й СД со стороны возможных прорывов 14-й и 16-й танковых дивизий. На его левом фланге на участке: Червоный – Зеленый Гай занял оборону 200-й танковый батальон 84-й танковой бригады в составе 14 танков (4 КВ-1, 10 Т-60), еще 2 танка КВ-1 200-го ТБ вместе с 2 орудиями противотанковой батареи заняли оборону в районе моста через речку Гнилица в селе Гнилица 2-я, прикрыв здешнюю переправу.
В ходе дальнейшего наступления, преследуя 1049-й стрелковый полк, к 16.00 немецкий 524-й пехотный полк наконец-то занял высоту 117,4 к юго-западу от Артемовки, а 523-й пехотный полк к 16.30 занял высоту 140,4 к северо-западу от Нового Бурлука, в 17.00 достиг Артемовки и к 17.40, пробившись через восточную часть Артемовки, атаковал на высоту 165,0 к северу от нее. К 18.00 524-й пехотный полк также достиг южной окраины Артемовки. Здесь против него и 523-го пехотного полка вступил в бой оборонявшийся на западной окраине Артемовки заградительный батальон 300-й СД, который своим огнем прикрыл отход 1049-го и 1053-го стрелковых полков.
Оставив южную часть Артемовки, к 18.00 1049-й и 1053-й стрелковые полки отошли на рубеж: высота 165,0 – северная часть Артемовки – высота 162,3. Вслед затем около 18.30 они контратаковали из восточной части Артемовки 2-й батальон 523-го ПП, который с 17 часов занял оборону в центре Артемовки фронтом на восток, прикрывая с фланга боевые порядки своего полка. Отражая советский контрудар, 7-я рота 523-го ПП сама перешла в контратаку, в ходе которой захватила 100 пленных и полностью сорвала советский контрудар в Артемовке.
Развивая успех, к 18.45 524-й пехотный полк достиг высоты 126,5 к северо-западу от Артемовки, а к 19.10 1-й батальон 522-го ПП с боем занял высоты в 800 м севернее Артемовки. В целом к исходу дня пехотные полки 297-й ПД вышли на линию высот 165,0, 164,8, 126,5 к северу и северо-западу от Артемовки. Противостоявшая им 300-я стрелковая дивизия к утру 12 июня удерживала рубеж: роща северо-западнее Мартовой –Мартовая – северо-восточная часть Артемовки.
Немецкая 14-я танковая дивизия, преодолевая резко пересеченную балками и оврагами местность, медленно, но верно продвигалась в северном направлении, обходя левый фланг 38-й стрелковой дивизии, к 20.00 заняла поселок им. Шевченко (ныне с. Шевченково), откуда двинулась в северо-западном направлении, обходя с тыла 29-й и 343-й стрелковые полки 38-й стрелковой дивизии. В ходе этих боев прорвавшаяся из поселка им. Шевченко на запад 14-я танковая дивизия силою до 2 батальонов пехоты с танками отрезала от главных сил 38-й стрелковой дивизии и окружила батальон 343-го СП и 2 батальона 29-го СП. Согласно своему журналу боевых действий, 38-я стрелковая дивизия удерживала свой прежний рубеж обороны до 18.00, а в 20.45 она последовательно стала отходить за речку Гнилица. Уже ночью к одному из окруженных батальонов 29-го СП пробралась группа автоматчиков во главе с помощником начальника штаба полка по разведке лейтенантом Максимом Ногиным, которая под покровом темноты по узкому проходу вывела батальон из окружения.
В целом в ходе отхода за вечер и ночь 29-й и 343-й стрелковые полки полностью оставили местность между Новым Бурлуком и Артемовкой и повсеместно отошли за речку Гнилица. После отхода к утру 12 июня 38-я стрелковая дивизия перешла к обороне на рубеже: (иск.) Артемовка – Червоный – Гнилица 2-я. Во 2-м эшелоне к северу от Червоного расположился 48-й стрелковый полк. За 2 дня боев 29-й стрелковый полк потерял 50% личного состава, а 343-й стрелковый полк – 40% личного состава и 6 орудий (4 76-мм, 2 45-мм). 214-й артиллерийский полк 11 июня под ударами немецкой авиации потерял 9 76-мм орудий, которые были эвакуированы с поля боя и отправлены на ремонт. Соседняя 300-я стрелковая дивизия за 2 дня боев потеряла до 40 % личного состава убитыми и ранеными и 8 орудий. Т.е. в целом за 2 дня боев обе дивизии потеряли 23 орудия. Потери поддерживавшей дивизию 84-й танковой бригады за 10-11 июня не известны.
В ходе наступления 11 июня 14-я танковая и 297-я пехотная дивизии заняли 8 населенных пунктов (Артемовка, Красноармейский, Красный, Кулишовка, Лозовая, Новый Бурлук, им. Шевченко, Юрченково). Одна только 297-я пехотная дивизия в боях 10-11 июня, по подсчетам своего штаба, захватила 1216 пленных, 17 орудий (13 полевых, 4 ПТО), 6 ПТР, 6 минометов. Потери ее за 11 июня составили 159 человек личного состава (14 – убитыми, 145 – ранеными).