В результате боев 16 ноября немцы добились значительного успеха восточнее Житомира. 7-я танковая дивизия совместно с 20-й мотодивизией, переброшенной за ночь из района Туровец, Града, форсировали реку Тетерев и к исходу дня овладели населенным пунктом Левков. Одновременно 88-я пехотная дивизия, наступавшая на Житомир с юга, также форсировала реку Тетерев и, потеснив части 218-й стрелковой дивизии, вышла к южной окраине Житомира и в район южнее Вацьков. Создалась угроза выхода противника на шоссе Житомир-Киев восточнее города. К исходу дня 23-й стрелковый корпус вел бой на линии южная окраина Житомира, Слобода Селец, Вацьков, северо-восточная окраина Левков, Туровец, Града.

В течение 15 и 16 ноября противник вывел в резерв танковую дивизию СС «Рейх», находившуюся на участке фронта восточнее Фастова, и сосредоточил ее в районе Гребенки, а также 19-ю танковую дивизию с участка против букринского плацдарма. Можно было предполагать, что неприятель использует эти дивизии для усиления своих атак у Брусилова и Житомира.

В связи с дальнейшим осложнением обстановки в районах Брусилова и Житомира командующий фронтом вновь принял меры к усилению 38-й армии частями и соединениями за счет других армий фронта. В этот день из 40-й в 38-ю армию были переданы 52-й стрелковый корпус (147-я, 42-я гвардейская и 253-я стрелковые дивизии), 5-й гвардейский танковый корпус, 37-я легкая артиллерийская и 9-я истребительно-противотанковая артиллерийская бригады, а также один истребительно-противотанковый артиллерийский полк из 13-й армии. Все эти войска направлялись для усиления обороны на брусиловском направлении. Из состава 27-й армии была выведена 93-я танковая бригада и направлена в резерв фронта в район Святошино.

16 ноября были также внесены изменения в состав и задачи армий и изменены разграничительные линии между ними. В состав 60-й армии включался 1-й гвардейский кавалерийский корпус (2-я и 7-я гвардейские кавалерийские дивизии), 23-й стрелковый корпус (218-я, 23-я и 30-я стрелковые дивизии) и 3-я гвардейская воздушно-десантная дивизия. Армия должна была прочно оборонять занимаемый войсками рубеж, уделяя основное внимание обороне Житомира. Разграничительная линия армии слева с 24 часов 16 ноября устанавливалась по рубежу: Раковичи, Ленино, река Тетерев, Коростышев, Ивница (все пункты, кроме Раковичи, для 60-й армии включительно).

Таким образом, оборона Житомира возлагалась на войска 60-й армии. Приняв житомирский участок фронта, командующий 60-й армией уже в 20:40 16 ноября отдал командиру 1-го гвардейского кавалерийского корпуса краткий и категорический приказ: «г. Житомир оборонять до последнего человека!».

30-му стрелковому корпусу (141 – я, 132-я стрелковые дивизии и 248-я стрелковая бригада) командующим фронтом в 18 часов была поставлена новая задача. Корпус должен был организовать оборону по реке Тетерев на участке Харитоновка, Коростышев, Козиевка, Ленино фронтом на восток и юго-восток.

38-й армии силами вновь передаваемого ей 52-го стрелкового корпуса было приказано:

• Организовать оборону по реке Здвиж на участке Фасовочка, Юров, Бол. Карашин, Лазаревка фронтом на северо-запад.

• Одной дивизией корпуса занять оборону на участке Ставшие, Костоеды фронтом на запад и юго-запад.

• Выдвинуть в район севернее Брусилова ряд танковых и истребительно-противотанковых частей с задачей не допустить выхода противника на шоссе Житомир-Киев в этом районе.

• Выдвинуть 5-й и 6-й гвардейские танковые корпуса и 9-ю истребительно-противотанковую бригаду на линию Кочерово, Озеряны, Осовцы, Костоеды.

• 202-ю стрелковую дивизию 21-го стрелкового корпуса разрешалось в ночь на 17 ноября отвести на линию Грабовка, Елизаветивка. Березовый Гай, а 75-ю гвардейскую стрелковую дивизию – на линию (иск.) Березовый Гай, Войташивка, Антоновка.

3-я гвардейская танковая армия должна была передать в состав 40-й армии 50-й стрелковый корпус (163, 232, 340, 74-я стрелковые дивизии) и 91-ю танковую бригаду с занимаемыми ими участками обороны. Для 3-й гвардейской танковой армии ставилась задача во взаимодействии с 38-й армией не допустить противника к шоссе Киев-Житомир, а также прорыва его вдоль шоссе на Киев.

К исходу 16 ноября 7-й гвардейский танковый корпус совместно с 70-й гвардейской стрелковой дивизией продолжал вести бой в районе Вилыпка, 6-й гвардейский танковый корпус выдвигался севернее Брусилова в район Озеряны и 9-й механизированный корпус в район Вилыпка, Дедовщина.

С 18 часов 17 ноября, после передачи 50-го стрелкового корпуса в состав 40-й армии между 38-й и 40-й армиями устанавливалась следующая разграничительная линия: Жорновка, река Ирпень до Белки и далее Паволочь – все пункты исключительно для 40-й армии.

Бои 17 ноября.В течение 17 ноября обстановка в районах Житомира и Брусилова продолжала ухудшаться. Перегруппировка войск фронта, начатая 16 ноября с целью увеличения глубины обороны, к утру 17 ноября не была закончена. Противник, прорвавшись накануне в район Вильня, сосредоточил здесь основные силы 1-й танковой дивизии и танковой дивизии СС «Адольф Гитлер» и нанес удары в северном и северо-западном направлениях. Войска 38-й и 3-й гвардейской танковой армий весь день вели здесь ожесточенные бои и нанесли противнику значительные потери. Однако к исходу дня танкам дивизии СС «Адольф Гитлер» удалось прорваться через Войташивка к шоссе Житомир-Киев, откуда они повернули на восток. Ожесточенные бои завязались у Кочерово.