К этому времени советские танковые соединения значительно поистратили свою мощь. В 5-й гвардейской танковой армии, имевшей поначалу 543 бронеединицы, в строю осталось 160 танков и САУ. Относительно 1-й танковой, сообщает Катуков, «пять танковых бригад, оборонявшихся на рубеже Александровка — Сухины — Крысино, имели всего 40 танков, причем половина из них легкие»; в совокупности в армии наличествовали 134 боевые машины. Так ведь и эсэсовские дивизии, второй месяц не выходившие из боев, были далеко не первой свежести и тем не менее умудрились остановить наступление четырех советских армий! Чтобы как-то объяснить этот феномен, наши историки насчитали в них 400 танков.
Южнее Богодухова развернулись исключительно ожесточенные бои. Немцы продолжали упорно продвигаться вперед, отодвигая советские части. Командующий фронтом приказал сосредоточить на богодуховском направлении всю артиллерию усиления, разгромить прорвавшегося противника, во что бы то ни стало удержать «железку» на Полтаву. Однако еще двое суток «1-я танковая армия и правый фланг 5-й гвардейской армии совместно с частями 5-й гвардейской танковой армии отбивали вражеские атаки». Относительного успеха добилась лишь 6-я гвардейская армия, продвинувшаяся к 14 августа на 10–12 километров и достигшая Шелестова. Но уже на следующий день Хауссер, произведя перегруппировку, двумя дивизиями нанес сильный удар в левый фланг войскам Чистякова, вышел им в тыл и заставил поспешно отступить на исходные позиции. 16 августа немецкие войска продолжали атаки в полосе 6-й гвардейской и 1-й танковой армий. Не дождавшись подмоги, остатки 6-й мотострелковой и 200-й танковой бригад оставили Высокополье и прорвались на север.
К 17 августа противник прекратил активные действия на этом направлении, но ему удалось остановить советские армии, отбросить их на 20 километров к северу и сохранить за собой железную дорогу. В одном из последних боев погиб командир 31-го танкового корпуса генерал Д.Х. Черниенко. 27-я армия Трофименко с 4-м и 5-м гвардейским танковыми корпусами была остановлена на рубеже реки Ворскла.
К этому времени Ставка подкрепила Воронежский фронт еще двумя армиями. Слева от войск Москаленко на «линию огня» вышла 47-я армия (23, 218, 337, 29, 30, 38-я стрелковые дивизии) генерал-лейтенанта П.П. Корзуна. Ватутин поставил правофланговым армиям — 38, 40, 47-й — задачу перейти в наступление в западном и юго-западном направлениях, выйти к реке Псёл. При этом войска генерала Корзуна, поворачивая на юг, должны были во взаимодействии с 27-й армией окружить и уничтожить ахтырскую группировку противника. С этой целью 47-й армии придавались 10-й танковый и 3-й гвардейский механизированный корпуса. В районе Ямное — Яблочное, позади войск Трофименко, сосредоточилась 4-я гвардейская армия (5, 7, 8-я гвардейские воздушно-десантные, 68, 69, 80-я гвардейские стрелковые дивизии), которой командовал бывший маршал, разжалованный в генерал-майоры и дослужившийся до генерал-лейтенанта Г.И. Кулик.
Наступление началось в 7 часов утра 17 августа. Три советские армии прорвали оборону противника и продвинулись на 12–15 километров. На следующий день 38-я армия и правофланговые дивизии 40-й армии вышли к Псёлу.
В этот момент, после сильной артиллерийской подготовки и массированных налетов бомбардировочной авиации, немецкая механизированная группа из четырех дивизий нанесла мощный контрудар от Ахтырки на Богодухов, намереваясь отрезать и разгромить выдвинувшиеся вперед войска Воронежского фронта. 18 августа они сумели пробить в полосе 27-й армии коридор на глубину до 24 километров. Одновременно из района южнее Ахтырки в направлении на Колонтаев и Любовку атаковала дивизия СС «Мертвая голова». С выходом 48-го корпуса фон Кнобельсдорфа в район Каплуновки возникла угроза окружения 71-й и 241-й стрелковых дивизий, 4-го и 5-го гвардейского танковых корпусов. Ватутин, получив нагоняй от Сталина, приказал командующим 27-й, 6-й гвардейской, 4-й гвардейской и 1-й танковой армиями разгромить прорвавшуюся группировку противника и восстановить положение в районе Ахтырки. Однако противник упорно не желал уничтожаться. Другое дело, что севернее 40-я армия и 2-й танковый корпус, продолжая движение на запад, 19 августа ворвались в Лебедин. Войска 47-й армии захватили опорный пункт Тростянец и продвинулись до Тимофеевки, глубоко нависая над тылами ахтырской группировки противника.
Оставив попытки прорваться к Богодухову, немцы решили ликвидировать выступ в районе Котельвы и 20 августа ударил на юг, от Пархомовки на Краснокутск. Навстречу от Константиновки наступала дивизия «Мертвая голова». В то время как Кнобельсдорф окружал два советских танковых корпуса, Ватутин пытался окружить Кнобельсдорфа: армия Москаленко правофланговыми соединениями захватила Веприк к западу от Ахтырки и нацелилась на Гадяч и Зеньков.
В ночь на 22 августа Сталин продиктовал для Ватутина телеграмму следующего содержания: