Огромные потери в бронетехнике отразились на активности немецкой пехоты, которая действовала под прикрытием танков и в качестве танковых десантов. Поэтому защитники Тулы направляли основные свои усилия на уничтожение бронетехники врага.

В ночь на 3 ноября немцы предприняли психическую атаку на позиции 156-го полка НКВД. Танки врага с зажженными фарами без стрельбы на полном ходу в сопровождении мотоциклистов приближались к позициям полка. Удар пришелся на батальон майора В. В. Потетюрина. Для усиления психологического эффекта ревели двигатели тракторов в Платоновском лесу. Подпустив нацистов поближе, артиллеристы 732 зап (Бондаренко) и 447 гап (Маврака) открыли огонь на поражение. При свете прожекторов, освещавших поле боя, оставив до 10 подбитых и сожженных танков, немцы отступили. Подобная психическая атака была повторена германскими войсками 7 декабря на западной окраине города, но и она также закончилась для врага плачевно. До психической атаки на участке Воронежского шоссе пытался прорваться полк «Великая Германия». Атака танков была отбита воинами 154 сд с помощью зенитчиков и артиллерии. Неся потери, немцы продолжали наступать, накатываясь волнами на передний край стрелковых полков. В решающую минуту боя советские бойцы поднялись в штыковую атаку. Нацисты не выдержали и отступили.

Стойкость защитников Тулы не позволила противнику лобовым ударом с юга овладеть городом. Выигрыш во времени обеспечил частям 50-й армии возможность привести себя в порядок после отхода, получить подкрепление, войти в связь с частями 49-й армии Западного фронта и сосредоточить в районе Дедилова 299 сд. В целом была создана прочная оборона Тулы. Командованию удалось создать резерв из двух полков 31-й кав дивизии, а начальнику ТБУ — из 290 сд.

6 ноября закончился первый этап операции фронта. 7-го начался второй — 50-я армия должна нанести удар на Щекино. В условиях «высокого боевого подъема духа солдат», вызванного 24-й годовщиной Октябрьской революции, командование Брянского фронта приняло решение на проведение контрудара по Тульской группировке германских войск силами 50-й и 3-й армий. Войскам 50-й армии ставилась задача: прочно оборонять город с юга, с севера и северо-запада, утром 7 ноября во взаимодействии с частями 3-й армии уничтожить тульскую группировку противника в районе Косая Гора, Ясная Поляна, Щекино. В дальнейшем, преследуя противника на запад и юго-запад, выйти на рубеж Павшино, Слобода, Крапивна, Плавск, Рожд. 1, 2-е, где закрепиться. По 50-й армии был разработан приказ (по армии), в котором конкретно ставились задачи привлекаемым к операции подразделениям. В приказе № 10 от 6.11.41 года командование 50-й армией оценило сложившуюся ситуацию как попытку 24-го танкового корпуса овладеть Тулой с юга, а наступление пехотных дивизий 43-го армейского корпуса на участке Павшино, Воскресенское — как попытку выйти на Московское шоссе к северу от Тулы. Такая оценка соответствовала действительности.

7–8 ноября был нанесен контрудар частью сил 50-й армии в направлении Щекино. Для проведения удара назначалась 413-я сд во взаимодействии с 32-й танковой бригадой (они должны были действовать) в направлении н/п Мал. Еловая, Толстовский; 260 сд с задачей захвата высот у н/п Малеевка; 290 сд — в направлении н/п Струково, Косая Гора. Остальным соединениям и частям предписывалось удерживать занимаемые рубежи. Артиллерийской подготовке отводилось 30 минут. 7 ноября, опираясь на оборону 258 и 194 сд на западе и северо-западе, наши войска перешли в наступление. Противник оказал активное сопротивление, из-за чего наступление развивалось медленно. Сказались и организационные недостатки.

Так, 32-я танковая бригада опоздала с выходом в исходное положение (н/п Большая Еловая), взаимодействие с 413 сд на местности организовано не было, связь работала плохо, донесения в штаб армии не поступали. К исходу 7 ноября 413 сд вышла на рубеж Малая Еловая, Тихвинское, но будучи атакованной пехотой противника (два батальона с 25–30 танками) отошла на рубеж Большая Еловая, Борыково. Задача по организации на местности взаимодействия с пехотой и артиллерией, возложенная на командира 32-й танковой бригады, была ошибочным решением, так как такие обязанности возлагались на штаб армии. В результате на этом участке успех не был достигнут.

В результате наступления 290 сд вплотную подошла к Косой Горе. Были заняты ст. Рвы, Струково. 260 сд овладела Малеевкой. 58-й запасной полк овладел Нижней Китаевкой. При этом на остальных участках обороны положение не изменилось. В течение 8 ноября 217 и 154 сд отбивали неоднократные атаки противника на Китаевку и в районе Орловского шоссе.

На всех участках наступления противник оказывал упорное сопротивление, вводил в бой танки, действовал огнем из засад, организовав продуманную систему огня. Так, в районе Косой Горы, где действовала 290 сд, отмечалось скопление более 200 танков противника и полка мотопехоты (в 50-й армии было лишь 28 танков в 32-й танковой бригаде). В первой половине дня 9 ноября в полосе 290 сд немцы перешли в наступление. Дивизия оказывала упорное сопротивление, уничтожила 6 танков, более 300 вражеских солдат. Однако под натиском сил противника вынуждена была отойти. К утру 10 ноября соединение вышло на рубежи, установленные командованием, и заняло оборону по Орловскому шоссе на участке Хопилово — Мыза. Таким образом, контрудар 50-й армии, продолжавшийся три дня (с 7 по 9 ноября), окончился почти безрезультатно. Задачи выполнены не были. Главной причиной невыполнения задач было то, что контрудар проводился силами, не соответствующими мощи противостоящего противника, скорее всего для политического отчета к очередной годовщине Октябрьской революции. Инициатива находилась в руках противника, и он имел превосходство в живой силе и — подавляющее — в танках, авиации и автоматическом оружии. Сказался также недостаток боеприпасов и противотанковых средств борьбы. Много было недостатков в организации боя: запоздалый выход 32-й танковой бригады, отсутствие четкой связи и как следствие нарушение управления войсками. Однако положительным результатом контрнаступления можно считать то, что 24-й моторизованный корпус немцев на время перешел к обороне. Германские войска также понесли значительные потери в технике и живой силе.

Согласно общему плану Брянского фронта одновременно с 50-й армией начали наступать соединения 3-й армии в направлении Теплое (20 км юго-восточнее Плавска), Щекино, Тула с целью разгрома тульской группировки. Своими действиями 3-я армия отвлекла на себя 112-ю, а также 167-ю пехотные дивизии 53-го армейского корпуса немцев, создав своими активными действиями угрозу не только правому флангу и тылу тульской группировки врага, но и их основным коммуникациям. В течение 10 ноября шли упорные бои 3-й армии с двумя пехотными дивизиями противника в районе н/п Сура, Теплое, Покровское. Таким образом, боевые действия сторон сильно активизировались на фронте протяженностью более 30 км.

В этот момент произошли важные изменения в подчиненности 50-й армии, которая стала южным бастионом обороны Москвы. Директивой Ставки от 9 ноября за № 004692 50-я армия Брянского фронта с 18.00 часов 10 ноября переподчинилась командующему Западным фронтом генералу армии Г. К. Жукову. С 11 ноября Брянский фронт был расформирован.

Утром 10 ноября противник предпринял наступление в направлении Спас-Конино, Суходол, нанося удар в стыке между 258-й и 238-й стрелковыми дивизиями. 258 сд вынуждена была отойти на рубеж Никулинские выселки, Варфоломеево. Наступление на деревню Никулино, которую оборонял наш 991-й полк, началось утром. В течение дня деревня трижды переходила из рук в руки. Но в конце концов перевес оказался на стороне врага. Захватив Никулино, враг «оседлал» две дороги, ведущие на Тулу и Суходол. До Московского шоссе оставалось 10 км. Создалась угроза выйти в тыл всей тульской группировке советских войск с северо-запада. Решением командующего армией на этот угрожаемый участок был переброшен резерв — 31-я кавалерийская дивизия, главные силы с тремя орудиями которой должны были прибыть в Малахово и установить связь с командиром 258 сд. С целью усиления противотанковой обороны на участок северо-западнее Тулы перебрасывалась также часть 732-го зенитно-артиллерийского полка.