Заслон на пути прорыва 4-го гв. танкового корпуса у Колонтаева выставила дивизия СС «Мертвая голова». Имея превосходство как в людях, так и в технике, эсесовцы прочно закрепились в городе и его окрестностях. К Колонтаеву части 4-го гв. танкового корпуса подошли поздним вечером 20 августа. Как позднее отмечалось в отчете штаба корпуса: «Использовав внезапность, танки и самоходные орудия в течение первого получаса боя подожгли у противника 7 танков и много автомашин. Но обстановка сложилась не в пользу колонны частей корпуса, так как танки и артиллерия втянулись в улицу населенного пункта, где развернуться в процессе боя было очень трудно и вместе с этим у противника здесь уже было много танков, артиллерии, минометов, мотопехоты. Продолжая вести при свете пожаров ожесточенный уличный бой, часто переходящий в рукопашные схватки, отдельные группы бойцов под руководством офицеров ударами во фланг, обходя Колонтаев с севера и юга, начали обход группы танков и броневиков противника, скованной нашими танками и самоходными орудиями». Первым группам под прикрытием темноты удалось с потерями, но прорваться. С наступлением дня остальным подразделениям советского танкового корпуса пришлось разбиваться на мелкие отряды и просачиваться к своим по немецким тылам.

Однако 4-й и 5-й гв. танковые корпуса понесли большие потери в людях и технике в боях и при отходе из окружения. Так, к вечеру 22 августа в 5-м гв. танковом корпусе насчитывалось боеспособных всего 34 Т-34 и 3 Т-70, а в 4-м гв. танковом корпусе по состоянию на вечер 23 августа были боеспособны лишь 11 Т-34 и 8 МК III.

На следующий день сведения о произошедшем достигли Кремля. Сталин устроил Ватутину настоящий разнос. В отправленной поздно ночью 22 августа директиве Ставки ВГК было сказано: «События последних дней показали, что Вы не учли опыта прошлого и продолжаете повторять старые ошибки как при планировании, так и при проведении операций. Стремление к наступлению всюду и к овладению возможно большей территорией, без закрепления успеха и прочного обеспечения флангов ударных группировок, является наступлением огульного характера».

Верховный Главнокомандующий считал, что в результате допущенных командующим Воронежским фронтом ошибок «наши войска понесли значительные и ничем не оправданные потери». В итоге Сталин приказывал Ватутину: «сосредоточить все внимание на реальной и конкретной задаче – ликвидации ахтырской группировки противника, ибо без ликвидации этой группы противника серьезные успехи Воронежского фронта стали не осуществимыми».

Действительно, приходится констатировать, что расчет Ватутина на воздействие наступления 47-й армии на планы противника не оправдался. Несмотря на прорыв фронта к северу от Ахтырки, немецкое командование сохранило присутствие духа и довело дело до конца. Только после того, как фланги двух армий сомкнулись, дивизии XXIV танкового корпуса были задействованы для отражения наступления 47-й армии. Действительно целостность фронта 4-й танковой армии была вновь восстановлена к концу августа 1943 г. ценой сдачи Ахтырки, Котельвы и отхода на рубеж реки Ворскла.

В то время, когда Воронежский фронт сражался с оперативными резервами противника под Богодуховом и Ахтыркой, Степной фронт продолжал борьбу за Харьков. В результате боев 12 и 13 августа войска Степного фронта, прорвав внешний оборонительный обвод, на ряде участков подошли вплотную к городскому обводу и завязали бои на окраинах Харькова. До 17 августа войска Конева вели упорные бои на достигнутых рубежах.

18 августа возобновила наступление 57-я армия, обходя город с юга. Основная группировка армии в составе пяти дивизий, усиленных танками, должна была развивать наступление в общем направлении на Мерефу. 18–22 августа на обоих флангах Степного фронта развернулись особенно напряженные бои. С утра 18 августа 53-я и 57-я армии возобновили наступление с целью охвата Харькова с запада и юго-востока. Перейдя в наступление, 53-я армия 18 и 19 августа вела затяжные бои по очищению от противника лесного массива западнее Харькова. Обойдя этот массив основными силами армии с запада, советские части овладели им, после чего получили возможность продвигаться вперед быстрее.

К 20 августа наметился успех в направлении на Коротич (город на железной дороге Харьков – Полтава), на котором наступала 53-я армия. К этому времени эта армия овладела населенными пунктами всего лишь в 6-12 км к северо-западу от Харькова. До перехвата заветной железной дороги оставались считаные километры. Для того чтобы ускорить овладение Харьковом, по приказу Жукова в район леса южнее Полевое 20 августа была переброшена 5-я гвардейская танковая армия. Она получила задачу ударом на Коротич перерезать противнику пути отхода из Харькова на запад и юго-запад. Точнее, к операции привлекались 18-й танковый корпус и 5-й гвардейский механизированный корпус. Третий корпус армии Ротмистрова оставался в районе Богодухова в резерве на случай каких-либо неожиданностей.

Наступление 5-й гв. танковой армии на Коротич началось в 9.00 утра 21 августа 1943 г. Плацдарм для обеспечения переправ через р. Уды не был обеспечен войсками 53-й армии. В итоге 18-й танковый корпус переправлялся под обстрелом через найденный разведкой брод. 15 танков застряли в заболоченных берегах р. Уды, еще несколько танков подорвались на минах. Однако время было упущено, и 18-й танковый корпус начал наступление только в 17.00 21 августа, продвинувшись до конца дня всего на 1 км. На следующий день в бой был введен 5-й гв. мехкорпус. В течение 22 августа танки Ротмистрова вели ожесточенные бои на подступах к Коротичу. К исходу дня город был в руках советских войск. Вперед были высланы передовые отряды.

Советская 122-мм гаубица М-30 поддерживает атаку пехоты. Район Харькова, август 1943 г.

В тот же день, 22 августа, дивизия «Рейх» получила батальон танков Pz.V «Пантера», находившийся до этого на формировании в Германии. Он был немедленно брошен в бой. Вводом в бой «Рейха» немецкому командованию удалось на какое-то время стабилизировать ситуацию. Разыгралось жестокое танковое сражение. Части 5-й гв. танковой армии 23 августа были выбиты из Коротича, передовые отряды армии окружены и блокированы.

Окруженные советские части оказали ожесточенное сопротивление. Командующий XI танковым корпусом Эрхард Раус впоследствии писал: «Лишь маленький участок леса далеко позади линии фронта еще оставался в руках советской моторизованной пехоты, поддержанной несколькими танками и противотанковыми пушками. Все наши попытки отбить этот лоскуток были отражены с тяжелыми для нас потерями. Лишь атака огнеметных танков положила конец упорному сопротивлению русских, так как целый участок леса был просто сожжен дотла».