В 8.30–9.00 до полка панцер-гренадер на бронетранспортерах при поддержке свыше 100 танков 2-й, 4-й и 20-й танковых дивизий перешли в наступление из района Подсоборовка, Курган против 140-й стрелковой дивизии и 3-й истребительной бригады. Они медленно, опасаясь минных полей, выходили из лощины севернее Ольховатки, на расстоянии около километра от первой линии траншей, занятых солдатами 96-го и 258-го полков 140-й стрелкой дивизии, и постепенно образовали сплошной боевой порядок вплоть до северо-восточной окраины Самодуровки. Установки «Фердинанд», танки «Тигр» и штурмовые орудия 654, 505, 245 и 904-го батальонов (65–70 машин) были выстроены в линию вдоль дороги по высотам 231,5, 230,4, откуда вели огонь прямой наводкой по вражеским боевым порядкам. Командир 96-го полка полковник Александр Сергеевич Григорьев, находившийся на командно-наблюдательном пункте за 2 километра от немцев, перепутал скопление вражеских танков с домами и спросил у наблюдателей, что за деревня, не отмеченная на карте, появилась справа от Самодуровки. В этот момент, пользуясь медленным развертыванием противника в боевой порядок, советская полевая и реактивная артиллерия открыла заградительный огонь с Тепловских высот по ржаному полю на рубеже Самодуровка, Кашара. Когда до переднего края русских оставалось не более 300 метров и немецкие гренадеры покинули бронетранспортеры, на немцев обрушились тонны снарядов и раздался взрыв оглушительной силы. До 40 танков было уничтожено и повреждено, остальные отступили обратно в лощину, а немецкая пехота так и не встала, вся она лежала на земле.

Тогда с германской стороны последовал новый авиационный удар силами 40–50 пикирующих бомбардировщиков по советским огневым позициям, а также повторная получасовая артиллерийская подготовка. Вслед за этим около 10 часов боевая группа полковника Бурмейстера предприняла повторную атаку. Двигаясь под прикрытием огневой завесы, немцы по ржаному полю вплотную приблизились к позициям противника. Стрелковые батальоны 96-го и 258-го полков были уже расстроены артиллерийским и минометным огнем, связь батальонов с командными пунктами нарушена. Однако на ответственном направлении Самодуровка, Теплое, вероятно наиболее важном для германского командования после трех дней сражения, в первом эшелоне советских войск по-прежнему находилась 3-я истребительная бригада общевойскового типа, которая и приняла на себя всю силу удара массы танков двух немецких танковых соединений.

На господствующих высотах 238,1 и 236, которые блокировали продвижение к югу – на Молотычи и высоту 274,5, занимали позиции 1-я и 7-я артиллерийские батареи 3-й истребительной бригады, усиливавшие ослабленные потерями части 15-й мотострелковой бригады 16-го танкового корпуса. Здесь же развернулся 1-й батальон противотанковых ружей 3-й истребительной бригады. В одном километре перед мостом через устье лога Широкого, с западной стороны Березового лога на севере Ольховатки, на высоте 234 по-прежнему находились 2-я артиллерийская батарея и 2-й батальон противотанковых ружей. Перед логом Широким на высоте 234,5 оставалась 3-я артиллерийская батарея. Западнее высоты 238,1, на подступах к Теплому, заняла позиции 6-я артиллерийская батарея, а на юго-восточной окраине Молотычей в резерве находилась 5-я артиллерийская батарея. Таким образом, наиболее удобное для продвижения танков плато между Самодуровкой, Теплым и северо-западной окраиной Ольховатки (Погореловцы) простреливалось фронтальным и фланговым артиллерийским огнем противотанковых орудий.

Первая боевая группа немцев в составе батальона пехоты в сопровождении 50 танков атаковала высоты 238,1 и 236 со стороны Самодуровки, а вторая – до двух батальонов пехоты при поддержке 30 танков – наступала западнее в направлении на Теплое. Первый и особенно тяжелый удар пришелся по 1-й батарее артиллерийского полка 3-й истребительной бригады под командованием капитана Георгия Игишева, занимавшей позиции на высоте 238,1 совместно с 1-м батальоном противотанковых ружей, подразделениями 258-го стрелкового полка 140-й стрелковой дивизии и 15-й мотострелковой бригады. Подпустив танки на 700–600 метров, командир батареи приказал открыть огонь. Наученные предыдущим опытом, немецкие танки вступили в артиллерийскую дуэль с противником, пропустив вперед пехоту, которая атаковала позиции батареи. Вскоре командиру артиллерийского полка 3-й истребительной бригады подполковнику Николаю Железникову поступило донесение, что капитан Игишев погиб в ближнем бою при отражении атаки вражеской пехоты, а в 1-й батарее исправно одно орудие. Когда по позициям батареи был нанесен авиационный удар и это орудие оказалось уничтожено, командир немецкой боевой группы остерегался атаковать высоту и медлил. Пехота 31-й пехотной дивизии, следовавшая за танками, залегла, не достигнув отметки 238,1, и стала уничтожаться артиллерийско-минометным огнем артиллерии 140-й стрелковой дивизии.

Вторая боевая группа из 30 танков в лоб двигалась на 6-ю батарею 3-й истребительной бригады под командованием старшего лейтенанта Николая Грипася, которая совместно с подразделениями 1-го батальона противотанковых ружей и батальоном 96-го полка 140-й стрелковой дивизии прикрывала восточные окраины Самодуровки и северные окраины села Теплого. Немецкие танки прорвались через боевые порядки пехоты 140-й стрелковой дивизии, но в коротком огневом бою хорошо замаскированные орудия батареи и бронебойщики подбили и уничтожили 14 немецких машин, двигавшихся на окраину села Теплого. Пехота второй группы была также отрезана от танков артиллерийско-минометным огнем.

После этого уцелевшие немецкие танки начали пятиться обратно на исходные позиции. Полковник Бурмейстер быстро перегруппировал свои силы, чтобы в 11.30 повторить атаку в том же направлении. На этот раз самая большая группа в количестве 65–70 боевых машин атаковала 7-ю батарею, располагавшуюся восточнее высоты 238,1 на отметке 236. Исполняющий обязанности командира батареи старший лейтенант Виктор Бурчак (командир был ранен 6 июля), наблюдавший перед этим обстрел 1-й батареи вражескими танками, проявил особую выдержку и дал танкам приблизиться на дистанцию 400–600 метров, когда батарея открыла огонь и первыми выстрелами поразила пять боевых машин противника. Однако задержка с открытием огня дорого стоила советским артиллеристам, потому что до 60 танков, не снижая скорости, ворвались на огневую позицию 7-й батареи. Артиллеристы частью были ранены, частью погибли вместе со своими двумя пушками, уничтожив и повредив 12 немецких танков. Преодолев сопротивление 1-й и 7-й батарей, гренадеры под прикрытием огня своих танков стали прорываться в траншеи, постепенно подавляя сопротивление артиллерийских, минометных и стрелковых подразделений русских. Ликвидировав противотанковые огневые точки на высотах 238,1 и 236, боевая группа немцев начала продвигаться в сторону Теплого, но здесь столкнулась с фланговым огнем 6-й батареи старшего лейтенанта Грипася. Расчеты 6-й батареи на руках перетащили орудия на новые открытые позиции и оттуда косоприцельным огнем подбили и уничтожили 9 немецких машин. Кроме этого, с западной окраины хутора Становое, расположенного вблизи высоты 274,5, северо-восточный склон которой начинается сразу же за логом Широким, по немецким танкам и автомашинам с пехотой, появившимся на высоте 238,1, открыли огонь орудия 3-го дивизиона 371-го артиллерийского полка 140-й стрелковой дивизии. Полковник Бурмейстер был вынужден второй раз в этот день отдать приказ танкам отойти в исходное положение. Боевые порядки 3-й истребительной бригады подверглись новой бомбардировке германской авиации.