Степной фронт (69, 53, 7-я гвардейская, 57-я общевойсковые, 5-я гвардейская танковая, 5-я воздушная армии — 30 стрелковых дивизий, 5 танковых бригад, 2 механизированных и 2 танковых корпуса) сразу после освобождения Харькова получил задачу продолжать наступление всеми силами в общем направлении на Красноград. Воронежский фронт (4, 5, 6-я гвардейские, 38, 40, 47, 27, 52-я общевойсковые, 1-я танковая, 2-я воздушная армии — 42 стрелковые, 5 воздушно-десантных дивизий, 7 танковых и 2 механизированных корпуса) нацеливался на Полтаву, Кременчуг. Им по-прежнему «мешали» 4-я танковая и 8-я армии. Маршал Жуков, координировавший действия двух фронтов, отмечает: «Для тщательной подготовки наступления к Днепру у нас не было возможностей. В войсках чувствовалась большая усталость от непрерывных сражений. Ощущались некоторые перебои в материально-техническом обеспечении. Но все мы, от солдата до маршала, горели желанием скорее выбросить врага с нашей земли…» До конца августа войска Конева и Ватутина продвинулись всего на 30 километров.
26 августа после десятидневной подготовки в общем направлении на Нежин — Киев нанесли удар войска Центрального фронта генерала Рокоссовского (13, 48, 70, 65, 60-я общевойсковые, 2-я танковая, 16-я воздушная армии — 35 стрелковых и 3 воздушно-десантные дивизии, 3 стрелковые и 3 танковые бригады, 3 танковых и 1 механизированный корпуса). Наступавшие на главном направлении армия Батова и танковая армия Богданова были усилены 4-м артиллерийским корпусом прорыва. Им противостояли четыре пехотные дивизии 2-й полевой армии. «Начиная наступление, — вспоминает Рокоссовский, — мы учитывали все трудности, но, откровенно говоря, упорство противника превзошло все наши ожидания. Несмотря на ураганный огонь нашей артиллерии и непрерывные удары с воздуха, гитлеровцы не только не покидали позиций, но и предпринимали яростные контратаки… Гитлеровцы сражались отчаянно, не считаясь с потерями». Продвижение советских войск было медленным; после упорных боев 2-я танковая и 65-я армии, вклинившись на 25 километров, к вечеру 27 августа освободили город Севск. Попытки развить здесь успех не дали результата: «Поскольку мы наносили удар на сравнительно узком фронте, противник имел возможность быстро усиливать свои войска на этом направлении за счет ослабления других участков, короче говоря, делал то же, что и мы в оборонительном сражении на Курской дуге».
Зато на вспомогательном направлении дивизии 60-й армии Черняховского с 9-м танковым корпусом неожиданно быстро прорвали вражескую оборону (здесь у немцев, стянувших все силы в район Севска, участок шириной 60 километров удерживали два полка) и к концу августа продвинулись на 60 километров. Рокоссовский решил перенести усилия на свое левое крыло, куда перебрасывались 13-я общевойсковая и 2-я танковая армии.
В связи с осложнением положения немецких войск на южном крыле Восточного фронта 27 августа в Винницу прибыл Гитлер. На состоявшемся совещании Манштейн доложил, что его войска сражаются на пределе возможностей, и снова указал фюреру на необходимость определиться с выбором: либо значительно укрепить группу армий «Юг», либо отдать Донбасс. Гитлер пообещал перебросить дивизии со спокойных участков из состава групп армий «Центр» и «Север». Однако спокойных участков не было нигде. Фельдмаршал фон Клюге заявил, что он не может отдать ни одного солдата.
Тем временем «Советы не считались с желанием Гитлера подождать с принятием решения. Они продолжали наступать».
Войска Южного фронта расчленили группировку противника на две части, а затем повернули на юг и 30 августа овладели Таганрогом. Сутки спустя Гитлер, поставленный перед фактом, разрешил командованию группы армий «Юг» начать отход 6-й армии и правого фланга 1-й танковой армии на подготовленную тыловую позицию, «если того настоятельно требует обстановка и нет никакой другой возможности». Были отданы распоряжения об уничтожении важных объектов в Донбассе.
2 сентября войска Малиновского освободили Лисичанск, войска Ватутина — Сумы. Войска Конева овладели железнодорожным узлом Люботин и вели бои за Мерефу. Освобождение Люботина открывало дорогу на Полтаву. Войска Рокоссовского 6 сентября заняли Конотоп. Медленно, но верно продвигались войска Толбухина, усиленные 11-м и 20-м танковыми корпусами.
6 сентября Ставка определила фронтам новые разграничительные линии, изменив направления их наступательных действий. Воронежский фронт нацеливался на Киев, из резерва ему передавалась 3-я гвардейская танковая армия. Центральный фронт, получив из резерва 61-ю армию и три кавалерийские дивизии, должен был, к великому огорчению Рокоссовского и Черняховского, сосредоточиться на черниговском направлении. Генералу Коневу предстояло наступать на Полтаву и Кременчуг. Ставка усилила Степной фронт 37-й армией и передала в его состав 5-ю ударную армию Воронежского фронта и 46-ю армию Юго-Западного фронта.