Около 15 часов 22-я гвардейская танковая бригада полковника Н.В. Кошелева (60 танков) без артиллерийской и авиационной поддержки, в чистом поле нанесла встречный удар по боевой группе «Дас Рейх». Эсэсовцы сначала тоже удивились, затем выдвинули вперед тяжелые танки, самоходы-истребители, орудия ПТО и вызвали пикирующие бомбардировщики. На помощь Кошелеву генерал Кравченко послал 21-ю гвардейскую бригаду (56 танков) полковника К.И. Овчаренко и 48-й гвардейский полк прорыва (21 танк Мк-4 «Черчилль»), но вышло еще хуже:
Блокировав-окружив основные силы 5-го гвардейского танкового корпуса в районе урочища Козинка, немцы овладели Калинином (штаб корпуса выскользнул чудом в последний момент, но связь с бригадами утратил) и попытались с ходу захватить станцию Беленихино. Однако здесь были остановлены силами оставшихся вне кольца окружения 20-й гвардейской танковой (60 танков) и 6-й мотострелковой бригад. В докладе на имя командующего фронтом генерал Кравченко писал:
«Полкорпуса» Кравченко закрепились на линии железной дороги от Ивановский Выселок на юг.
Часть танков дивизии «Дас Рейх» устремилась к хутору Тетеревино и, преследуя беспорядочно отступавшую пехоту, к 18 часам нежданно для советского командования вышла непосредственно к тыловому армейскому рубежу, вклинившись в позиции 183-й стрелковой дивизии 69-й армии. Минные поля немцы преодолели шутя, поскольку в воцарившейся неразберихе саперы не успели закрыть проходы после прохождения разрозненных частей 51-й и 52-й гвардейских стрелковых дивизий.
Тацинский танковый корпус, еще с утра отдельными подразделениями вступивший в бой с дивизией СС «Мертвая голова», перешел в контрнаступление в 16.30, имея 166 боеспособных танков. Под непрерывным воздействием немецкой авиации корпус сумел к 20 часам преодолеть 7 километров, овладеть колхозом и перерезать шоссе Белгород — Обоянь. Авиация 2-й воздушной армии в этот день совершила 1078 вылетов. Из них только 309 были совершены по наземным целям, в том числе была проведена вполне успешная штурмовка боевых порядков танковых бригад полковника Бурдейного. Немцы потеряли шесть «штук», но только один из самолетов был сбит советским истребителем, остальные «приземлили» зенитчики. Дальнейшее продвижение становилось опасным, так как правый фланг. Тацинского корпуса из-за окружения Сталинградского корпуса оказался открытым. Поэтому сразу после полуночи командующий фронтом отдал приказ об отходе в исходное положение, на восточный берег реки Липовый Донец. В ходе боев корпус потерял 191 человека и 28 танков.
Три недели спустя Ватутин признает в интимной беседе: «Нам, и прежде всего мне, надо было думать не о контрудаpax, а об отражении удара превосходящих танковых сил противника… Но беда в том, что долго отмерять у нас не было времени. События развивались с головокружительной быстротой. Враг ставил под угрозу вторую полосу нашей обороны и мог с ходу прорвать ее». В общем, подумать, даже имея «две головы», учитывая голову Василевского, времени не хватило.
К концу дня второй армейский рубеж обороны был прорван противником на всю глубину, эсэсовские дивизии за восемь часов успешно преодолели около 20 километров, ломая все прогнозы советского командования. Положение осложнялось тем, что между вторым и третьим оборонительными рубежами не существовало заранее подготовленных позиций. Тыловой рубеж 6-й гвардейской армии был отодвинут от второго на 20–30 километров, опирался на реку Псёл и не занимался войсками. Штаб генерала Чистякова толком не знал, где находится значительная часть войск армии. Большинство соединений были либо сильно ослаблены, либо разбиты, со многими не было связи. Как ни уверяет Иван Михайлович, что «настроение у меня на войне было почти всегда приподнятое», генерал Катуков вспоминает, что никогда не видел Чистякова таким мрачным: «Черт знает что! — говорил он. — По сто-двести танков прут и прут! «Тигры»… «пантеры»… Не успеешь заделать брешь в одном участке — лезут на другом. Нет, такого я еще не видел!»