Ce voyage marque sa première apparition officielle en dehors de la région de Kiev depuis le début de l'invasion russe le 24 février.
Le site Internet du bureau du président a indiqué que M. Zelenskiy s'est entretenu avec des soldats, leur remettant des félicitations et des cadeaux.
Plusieurs explosions ont été entendues dans la ville de Kharkiv, quelques heures seulement après la visite du président, selon un journaliste de Reuters.
Kharkiv a subi des bombardements russes ces derniers jours après plusieurs semaines de calme relatif.
Les troupes russes ont au contraire progressé dans les régions orientales de l'Ukraine.
Les forces d'invasion semblent proches de s'emparer de toute la région de Louhansk dans le Donbas, l'un des objectifs de guerre les plus modestes que le Kremlin s'est fixé après avoir abandonné son assaut sur Kiev face à la résistance ukrainienne.
Des véhicules ukrainiens blindés étaient présents près de Bakhmut, dans l'est de la région de Donetsk, dimanche (29 mai).
Les autorités avaient signalé que l'artillerie russe bombardait la route Lysychansk-Bakhmut, que la Russie doit emprunter pour encercler les forces ukrainiennes dans la région.
Samedi, Zelenskiy a évoqué la tension qui règne dans l'est.
"La situation est très compliquée. Surtout dans les zones du Donbas et de la région de Kharkiv où l'armée russe tente d'obtenir au moins un résultat pour elle-même.
"Mais nos défenses tiennent bon. C'est indescriptiblement difficile là-bas. Et je suis reconnaissant à tous ceux qui ont résisté à cet assaut des occupants."
La Russie affirme qu'elle mène une "opération militaire spéciale" pour démilitariser l'Ukraine et la débarrasser des nationalistes qui y menacent les russophones.
L'Ukraine et les pays occidentaux affirment que ces revendications sont un faux prétexte pour une guerre d'agression.
