По итогам дня командующий Воронежским фронтом издал приказ, в котором отмечал все те же, ставшие хроническими «крупные недочеты и ошибки»:
Ватутин потребовал от танковых командармов «прекратить топтание на месте, наладить управление войсками, приблизить к войскам штабы корпусов и, перейдя в решительное наступление, во что бы то ни стало выполнить боевую задачу». 5-й гвардейский танковый корпус генерала А.Г. Кравченко по указанию Жукова был подчинен Катукову.
Манштейн начал переброску из Донбасса к Харькову 3-го танкового корпуса и 2-го корпуса СС, с намерением организовать удары по флангам советского клина.
С утра 5 августа к наступлению присоединились 27-я армия с двумя танковыми корпусами и ударная группировка 40-й армии (237, 206, 100-я стрелковые дивизий, 2-й танковый корпус) генерал-лейтенанта К.С. Москаленко. Прорвав на 26-километровом участке оборону 57-й пехотной дивизии, они в течение дня продвинулись на несколько километров. Пехота Чистякова и Жадова с помощью танкистов Катукова окружили и сутки спустя овладели Томаровкой. Танковые корпуса продвинулись на юго-запад еще на 15 километров.
Соединения 69-й армии (89, 93, 94-я гвардейские, 305, 375, 183, 107-я стрелковые дивизии) устремились к Белгороду и вышли на его северную окраину. 7-я гвардейская армия создала угрозу вражескому гарнизону с востока. Части 1-го механизированного корпуса, наступая западнее города, перерезали железную и шоссейную дороги Белгород — Харьков. Вокруг города немцами был создан мощный оборонительный обвод с разветвленной сетью долговременных оборонительных сооружений. Кварталы были приспособлены для ведения уличных боев. Приказ фюрера требовал защищать Белгород при любых обстоятельствах. Однако удержать город было уже невозможно. Генерал Раус вспоминает: