Отставание реальных темпов советского наступления от плановых делало все более реальным столкновение с немецкими резервами из Донбасса еще до выхода на коммуникации «Кемпфа». Из 1-й танковой и 6-й армий к полю сражения двигались части дивизий СС «Рейх», «Мертвая голова» и «Викинг», а также 3-я танковая дивизия. Теоретически советское командование могло воздействовать на перевозки немецких войск из Донбасса ударами с воздуха. Действительно, немецкие эшелоны и колонны автомобилей двигались с юга на север, почти параллельно линии фронта. Поскольку авиация Воронежского и Степного фронтов была занята в основном поддержкой наступающих войск, к операции могла быть привлечена 17-я воздушная армия Юго-Западного фронта и тяжелые бомбардировщики авиации дальнего действия. Однако эта операция не была заранее спланирована. Приказ бомбить идущие из Донбасса эшелоны последовал только 5 августа 1943 г., когда стало ясно, что танковые армии не успевают пройти 100 км за три дня. В итоге поначалу в ней участвовал всего один советский авиакорпус. Разведчики видели с воздуха, что недостатка в целях не было, но небольшие группы советских штурмовиков могли лишь слегка потрепать вражеские колонны. Только 7 августа к налетам были привлечены действительно крупные силы, способные нанести немцам большие потери. Но они громили уже последние, отставшие колонны. Шанс сорвать или хотя бы серьезно задержать вражеские резервы у советского командования был. Однако этот шанс был упущен. Наибольшая интенсивность воздействия на немецкие перевозки была достигнута уже после того, как эшелоны с танковыми дивизиями проследовали в район Харькова.

Первой на пути советского наступления оказалась 3-я танковая дивизия. На 1 августа 1943 г. она насчитывала 16 Pz.III 8 Pz.IV и 55 танков в ремонте. Она получила приказ на перевозку в район Харькова еще 2 августа, за день до начала советского наступления. Встреча передовых частей 5-й гв. танковой армии и немецкой танковой дивизии произошла 6 августа. В этот день армия Ротмистрова успешно продвигалась вперед вдоль реки Уды, были захвачены населенные пункты Уды, Щетиновка, передовой отряд армии вышел к Золочеву. Советский передовой отряд с 6 танками и передовые части 3-й танковой дивизии подходят к городу почти одновременно. Завязываются уличные бои, по итогам которых Золочев остается в руках немцев. Ротмистров приказывает обходить Золочев, но усиленная прибывшим резервом немецкая оборона держит удар. Совместно с 3-й танковой дивизией действуют «Тигры» 503-го батальона. Сюда же, в район Золочева, немецкое командование перегруппирует 167-ю пехотную дивизию, снятую с сократившегося в связи с потерей Белгорода фронта. Бои в этом районе затягиваются, советские войска овладевают Золочевом только к 9 августа.

Дальнейшие атаки на этом направлении уже не имели перспектив. Поэтому советское командование вынуждено было отказаться от первоначального плана использования 5-й гв. танковой армии. Было решено использовать успешное продвижение 1-й танковой армии. Она пробила достаточно обширную брешь в обороне противника, и через эту брешь возможно было обойти узлы сопротивления противника с запада. Вечером 9 августа по указанию Ставки Верховного Главнокомандования 5-я гвардейская танковая армия была выведена в резерв и передана в подчинение командующего Степным фронтом Конева. В течение нескольких дней боев 5-я гв. ТА понесла серьезные потери и ее ударные возможности значительно ослабли. Так, только за период 6–8 августа 5-я гв. ТА потеряла 167 танков и САУ, из них 74 безвозвратно.

В то время когда основная часть войск Воронежского фронта развивала наступление в южном и юго-западном направлениях и уже прорвалась в расположения противника на 60–65 км, в районе Борисовка, Головчино шли ожесточенные бои с полуокруженной группировкой немцев. Она оказалась охваченной с флангов наступлением 27-й и 5-й гвардейской армий. Борисовская группировка состояла из частей, отброшенных с главной полосы обороны — подразделений 332-й и 255-й пехотных дивизий, а также частей 19-й и 11-й танковых дивизий.

Для ликвидации полуокруженной группировки противника Ватутин решил использовать 32-й гвардейский стрелковый корпус (из 5-й гвардейской армии), а также 6-ю гвардейскую армию и 23-й стрелковый корпус 27-й армии. Также в тыл оборонявшимся в районе Борисовки немецким частям был развернут 31-й танковый корпус 1-й танковой армии. Две его бригады перехватили пути отхода из Борисовки на юг.

Кроме того, 13-я гвардейская стрелковая дивизия форсированным маршем вышла в район Головчино, чтобы не допустить прорыва на юго-запад в полосе железной дороги и шоссе Борисовка, Грайворон. С целью ускорения выполнения полученной задачи командир дивизии выбросил на Головчино десант в составе 11 танков и батальона автоматчиков, который к 18.00 6 августа овладел станцией Хотмыжск. Этот отряд захватил пять железнодорожных эшелонов (315 вагонов) и несколько крупных складов с боеприпасами и продовольствием. Кольцо окружения вокруг немецких частей в районе Борисовки замкнулось.

В 2 часа ночи 7 августа части 66-й в 97-й гвардейских стрелковых дивизий атаковали Борисовку с востока, юго-востока и юга. Дальнейшее удержание этого опорного пункта становилось бессмысленным, он грозил стать мышеловкой для занимавших его немцев. Во второй половине ночи началась серия попыток прорыва. Некоторые группы немцев просто просочились в промежутки, не занятые советскими частями. Но в некоторых случаях прорыв осуществлялся грубой силой. С 3.00 до 13.00 7 августа на 13-ю гвардейскую стрелковую дивизию обрушилось последовательно шесть атак противника. Атаки осуществлялись группами силой 300–1200 солдат и офицеров, усиленных 5–20 танками.

Танки становились тараном, который позволял пробиваться вперед. Так, в 8.00 7 августа танковые засады 237-й танковой бригады 31-го танкового корпуса были атакованы крупной группой танков и пехоты противника. В результате боя немцам удалось прорваться на Гайворон, потеряв, по советским данным, 14 танков и 2 самоходки. Соответственно 237-я бригада потеряла в этом бою 7 танков Т-34 сгоревшими и 3 подбитыми.

Но не все попытки прорыва были успешными. Всего в районе Борисовки было взято 450 пленных. Среди трупов убитых немцев оказался труп командира 19-й танковой дивизии генерал-лейтенанта Шмидта. Катуков писал в мемуарах об обстоятельствах гибели немецкого генерала: «Командир 19-й танковой дивизии генерал Шмидт был убит осколком бомбы. Его штабную машину с документами и личными вещами пригнали на КП армии наши танкисты». Также немцы были вынуждены бросить в районе Борисовки большое количество техники, находившейся в ремонте. Так, в районе Борисовки, Головчина и Грайворона было брошено или подорвано 75 «Пантер» из 51-го батальона. Из этого числа 35 танков Pz.V «Пантера» были взорваны при отходе непосредственно в Борисовке, где располагались ремонтные мастерские 39-го танкового полка «Пантер».