Противник немедленно организовал очень сильную противотанковую оборону. Пока атакующие достигли аэродрома» а юго-западной окраине Бердичева, один только 1-й танковый батальон потерял подбитыми 5 танков. Возглавлял атаку лично командир 87-ro танкового полка подполковник Турбин. Немцы организовали контратаку во фланг вырвавшегося вперед полка. Против 12 танков Pz.III в бой вступили всего 8 танков БТ роты Бережиого. На помощь роте своевременно прибыли 2 танка КВ, под командованием комдива Соколова. Немецкие танки немедленно повернули назад. К наступлению темноты 87-й полк полностью овладел территорией аэродрома.

К 9 июля из остатков 10-й и 37-й танковых дивизий, моторизованного полка 44-й танковой дивизии и 21-го мотоциклетного полка, бронепоезда 66-го полка НКВД и других подразделений была сформирована группа «Казатин» с задачей не допустить прорыва противника на Казатин. Она также вошла в состав Бердичевской группы войск, возглавлял группу «Казатин» генерал-майор Огурцов.

Ночью комдив Соколов перегруппировал силы своей группы и поставил задачу вновь атаковать Бердичев. Отряд 10-й танковой дивизии должен был атаковать в направлении Жежелево, Хажин с задачей овладеть юго-восточной окраиной города. Части 44-й танковой дивизии наступали на город с юго-запада, со стороны Райгородка. В 6:00 советская авиация совершила налет на позиции оборонявшихся немцев и колонны подходивших к Бердичеву подкреплений, одновременно артиллерия 16-го корпуса обстреляла город, после чего танки и пехота пошли в бой.

Первым на юго-западную окраину города ворвался огнеметный батальон капитана Крепчука из 44-й дивизии, а на южную окраину — сводная рота тяжелых и средних танков старшего лейтенанта Кожемячко из 10-й танковой дивизии. За ними следовали другие танковые и пехотные подразделения из 16-го корпуса и сводных отрядов 6-й армии.

Вскоре части 11-й танковой дивизии немцев генерала Л. Крювеля (Ludwig Cruwell) начали ожесточенные контратаки. Советские войска понесли большие потери. Например, из 12-ти танков огнеметного батальона вскоре осталось 5. Продвижение вперед застопорилось. Соколов усилил батальон двумя танками КВ и одним Т-34, однако этого было недостаточно для достижения успеха. Позиции на окраинах города удерживались до вечера, после чего подразделениям 10-й и 44-й танковых дивизий поступил приказ на отход. Советские танкисты с боями пробивали себе пути отхода. Капитан Крепчук вывел к Райгородку только 4 танка. Остатки отряда 10-й танковой дивизии отошли на Комсомольское, по донесению штаба группы «Казатин» было уничтожено и подбито 18 танков противника.

На смену понесшим потери подразделениям группы Соколова прибывали новые части 16-го механизированного корпуса. К утру 10 июля в район боев прибыли разведывательный батальон 15-й танковой дивизии, а также часть артиллерии 15-й и 44-й дивизий. Один их танковых полков 15-й танковой дивизии утром 10 июля 1941 года разгрузился в Калиновке в 45 километрах от места боев. Прибывший штаб 16-го мехкорпуса расположился на опушке леса на северо-восточной окраине Райгородка.

Кроме того. командующий фронтом усилил Бердичевскую группу 3-й противотанковой артиллерийской бригадой (полковник Д. И. Турбин), которая немедленно заняла огневые позиции на казатинском направлении, войдя в группу Огурцова «Казатин». Комдив Соколов организовал сбор отходивших и отставших от своих частей красноармейцев, из которых формировались отряды под командованием решительных и инициативных командиров. С 9 поля l941 года группа Соколова получила левого соседа — остатки 4-го механизированного корпуса, которые перешли к активным действиям на Чуднов.

Эти силы с трех направлений начали наступление на Бердичев. В 8 часов утра, 10 июля, советским летчиком-наблюдателем с воздуха были обнаружены три колонны 16-го механизированного корпуса (фактически группы Соколова), двигавшихся на Бердичев.

Сводный отряд 10-й танковой дивизии наступал с рубежа Жежелево в направлении Хажин. Его поддерживал огнем 2-й дивизион 674-го артполка 3-й противотанковой артбригады.

44-й моторизованный полк при поддержке 1-го и 3-го дивизионов 674-го артполка с рубежа Глуховцы атаковал в направлении Иванковцы, южная окраина Бердичева. К исходу дня полк смог закрепиться в Иванковцах. Огнем и маневром поддерживал полк и бронепоезд группы «Казатин». Под Бердичевом он попал под сильный артиллерийский огонь, было повреждено две бронеплощадки, после чего бронепоезд ушел на восстановление на станцию Казатин. Отряд бойцов 3-й противотанковой артбригады к исходу дня занял Белополье, где организовал оборону. 719-й артполк бригады занял оборону в районе Садки. 21-й мотоциклетный полк весь день простоял в резерве в районе Жежелево и в бой не вводился. Артиллерия группы Огурцова вела артподготовку по району Семеновки, куда безрезультатно наступал с утра 44-й мотополк и где было обнаружено 57 танков противника.

В 14:00 перешла в наступление 213-я моторизованная дивизия. К вечеру ей удалось подойти к западной окраине Бердичева, в район конезавода, агротсхиикума и хутора Иванковичи, но к исходу дня была сбита с занимаемых позиций и к утру 11 июля отброшена на рубеж совхоз Жовтневый, Жидовцы, Голодки.

14-я кавалерийская дивизия вышла на рубеж Демчик, Рачки. Ей были приданы 1,5 батальона танков 44-й танковой дивизии. Дивизия закрепилась в противотанковых районах: 92-й кавполк — хутор Костопальне, 76-й кавполк — хутор Плакса, 31-й кавполк — Вернигород, Лесная Слободка, 129-й кавполк — в резерве в Гордышевке, там же находились танки. Передовые отряды дивизии имели задачу перехватить Шепетовское шоссе, не допуская подхода подкреплений противнику из района Чуднова.

Атаки на город продолжились и 11 июля. Командующий фронтом решил перенацелить основные усилия правого фланга 6-й армии с лобовых атак на Бердичев на перехват коммуникаций бердичевской группировки противника. Командующему 6-й армией было отправлено короткое распоряжение: нанести с утра 11 июля контрудар из района Игнатовки на Романовку.

16-й механизированный корпус должен был сосредотачиваться в районе северо-восточнее Игнатовки.

Однако надежды командования на использование соединений 16-го мехкорпуса в ударе на Романовку не сбылись. 11 июля резко осложнилась обстановка на левом фланге группы Соколова. Понесшие большие потери и потерявшие боеспособность остатки 4-го механизированного и 49-го стрелкового корпусов отошли на Янушполь, обнажив фланг 16-го механизированного корпуса. Кроме того, противник усилил нажим в направлении Казатина.

Все это вынудило советское командование вновь направить свои усилия на Бердичев для нейтрализации засевшего в нем противника. На участке Маркуши, Хажин в бой был введен танковый полк 15-й танковой дивизии, усиливший уставшие части 87-го танкового полка 44-й танковой дивизии. Эти части успешно продвинулись в направлении Быстрик и вышли к юго-западным окраинам Бердичева, откуда немцы открыли сильный огонь из своих противотанковых орудий. Большего достигнуть танкистам не удалось, сказались авиаудары противника и слабая связь во всех звеньях структуры дивизия-полк-батальон, и как следствие — слабая слаженность действий подразделений.

Правее района боев отряд Огурцова прикрывал подступы к Комсомольскому. На участке Великие Низгорцы, Хажин противника атаковали части 213-й моторизованной дивизии (без танков) и первые прибывшие подразделения 240-й моторизованной дивизии.