В действительности германское командование спешно усиливало оборону против правого крыла ВорФ, постепенно перебрасывая туда как части 24-го тк, так и различные тыловые и вспомогательные формирования, а также временные боевые группы, составленные из выздоравливающих раненых и солдат, направленных в отпуска или возвращающихся оттуда. Вместе с тем, по утверждению германской стороны, в результате боев 19–20 августа немецким войскам удалось окружить и уничтожить в мешке северо-восточнее Котельвы основные силы 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов, а также ряд стрелковых частей 27-й А. Согласно сводке штаба ГА «Центр» [1036] , 4-й гв. тк, а также части 5-го гв. тк, отрезанные в результате атаки дивизии СС «Мертвая голова» и дивизии «Великая Германия», попытались 20 августа прорваться в восточном направлении, но были отброшены на юг, вследствие чего западный берег реки Ворскла не занят противником, 10-я мд в ходе атаки в западном направлении захватила населенный пункт Хухря, а дивизия «Великая Германия» подбила на участке юго-восточнее города Ахтырка 100 танков противника.
Действительно, по некоторым данным [1037] , 19–20 августа части и соединения 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов понесли тяжелые потери. Так, 4-й гв. тк получил приказ командования фронтом в течение 20 августа сосредоточить основные силы в районе Пархомовки и поступить в оперативное распоряжение 6-й гв. А [1038] . Однако, например, 13-я гв. тбр полковника Баукова, две недели назад выбившая немцев из Грайворона, была окружена в Колонтаеве, так что ей требовалось прорываться к Пархомовке. На помощь полковнику Баукову был направлен гвардейский зенитно-артиллерийский полк 4-го гв. тк, который огнем малой зенитной артиллерии помог колонне бригады прорваться через заслоны противника, но сам понес большие потери. При этом после выхода из окружения 13-я гв. тбр насчитывала 9 танков и 7 САУ. Другой пример – командир 14-й гв. тбр гвардии майор Валентин Печковский, сменивший 16 августа полковника Исая Михайлова, руководил действиями группы из 6 оставшихся боеготовыми танков, чтобы вывести из окружения остатки одной из колонн корпуса, и потерял в бою все машины (Валентин Миронович Печковский погиб в бою 9 декабря 1943 года в районе города Малина). По-видимому, именно об этих событиях говорит в своих воспоминаниях генерал Вовченко, когда указывает, что в числе операций 3-го гв. тк в районе Ахтырки следует особо выделить ночной удар, благодаря которому бригады корпуса прорвали кольцо окружения и выручили танкистов генерала Полубоярова [1039] .
Согласно документам 5-го гв. тк, в результате ожесточенных боев советскими войсками к 18 часам 20 августа был оставлен Колонтаев, и противник, наступавший с юга, соединился в районе совхоза «Пионер» со своей северной группировкой, однако части корпуса, насчитывавшие в своем составе 50 танков, прорвались в расположение 6-й гв. А, заняв оборону фронтом на запад.
Д. Гланц и Дж. Хауз также отмечают [1040] , что немецкой группировке, наносившей удар на юго-запад от Ахтырки, удалось установить ненадежный контакт с частями дивизии «Мертвая голова» и 223-й пд 3-го тк, создав неплотное окружение 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов, а также отдельных частей 27-й и 6-й гвардейской армий ВорФ.
Успехи, достигнутые немцами 20 августа, подтверждаются и самим Верховным главнокомандующим Красной армии. Докладывая в ночь на 22 августа обстановку Верховному главнокомандующему, заместитель начальника Генерального штаба генерал Антонов сделал вывод о том, что возможности выйти в тыл харьковской группировки противника ухудшились, потому что командование ВорФ недооценило угрозу контрудара и продвижение наступающих войск фронта продолжалось без достаточного закрепления отвоеванных рубежей и обеспечения флангов. После этого в 3 часа ночи 22 августа 1943 года Сталин направил специальную директиву Ставки командующему ВорФ генералу Ватутину (копия – маршалу Жукову), где указал, что Ватутин не учел опыта прошлого и продолжает повторять старые ошибки как при планировании, так и при ведении операций, стремясь к огульному наступлению всюду и овладению как можно большей территорией, пренебрегая прочным обеспечением флангов ударных группировок, что приводит к распылению сил и средств и дает возможность противнику наносить удары во фланг и тыл советским войскам и громить их по частям [1041] . Сталин отметил, что при таких обстоятельствах противнику удалось выйти на тылы 1-й ТА, находившейся в районе Алексеевка – Ковяги, затем он ударил по открытому флангу соединений 6-й гв. А, вышедших на рубеж Отрада – Вязовая – Панасовка, и, наконец, 20 августа нанес удар из района Ахтырки на юго-восток, по тылам 27-й А, 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов. В результате неоднократно повторяемых недопустимых ошибок советские войска понесли значительные и ничем не оправданные потери, а также было утрачено выгодное положение для разгрома харьковской группировки противника. В связи со сложившейся обстановкой командованию ВорФ следует не увлекаться задачей охвата Харьковского плацдарма со стороны Полтавы, но сосредоточить все внимание на реальной и конкретной задаче, которой в ближайшее время является ликвидация ахтырской группировки противника.
В 19 часов 22 августа, не получив удовлетворительного ответа от командования ВорФ, другую директиву Сталин направил непосредственно Жукову, указав, что план наступления ВорФ с целью к 20 августа овладеть Ахтыркой явным образом не удался; операция по разгрому харьковской группировки противника также затянулась; Ставке Верховного Главнокомандования неизвестно, по какому плану действуют сейчас Воронежский и Степной фронты [1042] . Соответственно, Сталин потребовал, чтобы Жуков к исходу 22 августа представил план операции по ликвидации ахтырской группировки противника и овладению плацдармом Ахтырка – Котельва – Колонтаев – Пархомовка, организовав для этого прорыв фронта противника с привлечением основных сил артиллерии и авиации, подобно тому как это было организовано севернее Белгорода. Проведение операции следовало согласовать с прорывом германской обороны на стыке Степного и Юго-Западного фронтов.
Как видно, генерал Ватутин оказался не способен изменить свой оперативный почерк организации наступления – развитие операции путем «веерообразного» нанесения серии необеспеченных ударов по расходящимся направлениям, что предоставляло противнику выгодные возможности для контрударов. В данном случае контрудары германских войск произвели на Сталина такое впечатление, что он потребовал подготовки специальной межфронтовой операции. Однако недостаток сил и средств и отсутствие резервов уже не позволяли германскому командованию так же «наказать» Ватутина, как в феврале – марте 1943 года. К 22 августа 1943 года обстановка под Ахтыркой уже существенно изменилась в связи с тем, что 20 августа 40-я и 47-я армии продолжали развивать наступление, а 38-я А закреплялась на реке Псел и отдельными отрядами форсировала реку.
Правофланговые соединения 40-й А перешли к преследованию частей 57-й и 255-й немецких пехотных дивизий, преодолели слабое сопротивление арьергардов противника и в течение дня узким клином продвинулись в юго-западном направлении вдоль реки Псел на 35 км, захватив Веприк силами 99-й танковой и 58-й мотострелковой бригад 2-го тк. С наступлением темноты 161, 237 и 309-я стрелковые дивизии 52-го ск 40-й А приступили к организации обороны по восточному берегу реки Псел на участке Бишкинь – Веприк. Овладев Веприком, советские войска перерезали последнюю дорогу из района Ахтырки на запад, так что для связи с тылом в распоряжении немецкого 24-го тк осталась единственная дорога Ахтырка – Зеньков, ведущая в юго-западном направлении, но Зеньков также находился под прямым ударом группировки 40-й А.
47-я А и две левофланговые дивизии 40-й А весь день 20 августа вели ожесточенные бои с противником, усилившим сопротивление за счет войск, переброшенных из района Ахтырки. К исходу дня 47-я А, продвинувшись на 5—10 км, вышла на рубеж Березовый – Рассоховатый – Олешня – Сосонка. Войска 47-й А и левофланговые соединения 40-й А почти вплотную подошли к Ахтырке с севера и северо-запада.
По воспоминаниям маршала Москаленко [1043] , в первой половине дня 20 августа наиболее ожесточенное сопротивление было оказано немцами на левом фланге 40-й А, куда они перенацелили также и авиацию. Группами от 20 до 60 самолетов противник несколько часов непрерывно бомбил боевые порядки 100-й и 206-й стрелковых дивизий 47-го корпуса. В полдень 20 августа бомбовый удар был нанесен по штабу 52-го ск, в результате чего оказался выведен из строя узел связи, а через два часа бомбардировке подвергся штаб 206-й сд, из-за чего командир дивизии генерал Меркулов получил контузию, а начальник штаба полковник Николай Ткаченко погиб. Однако все это не улучшило положения немцев. К исходу 20 августа войска 40-й и 47-й армий подошли к Ахтырке с севера и северо-запада, глубоко охватив левый фланг контрударной группировки противника. Одновременно главные силы 40-й А в составе усиленного 52-го стрелкового и 2-го танкового корпусов продолжали успешно наступать вдоль реки Псел все дальше на юго-запад. Все это, вместе взятое, вынудило фашистское командование отказаться от дальнейших наступательных действий в районе Ахтырки и отдать приказ о переходе своей ударной группировки к обороне.
По данным штаба 47-й А [1044] , спасаясь от окружения своей ахтырской группировки, противник упорно удерживал Чупаховку (22 км юго-восточнее города Лебедина), создавая угрозу левому флангу и тылу 47-й А, что серьезно препятствовало ее дальнейшему продвижению.
Согласно донесению генерала Ватутина [1045] , 20 августа в районах севернее Ахтырки противник с боями отходил за реку Псел и на левом фланге фронта его действия носили характер боевой разведки. Захватом пленных подтверждаются действия 88-й и 75-й пехотных дивизий против 38-й А и остатков 255-й пд против 40-й А.
38-я А частями левого фланга 20 августа вела бои за полное очищение восточного берега реки Псел, заняв Васильевку, Замостье, Пришиб, Жовтневый, Басы, а 38-я сд вышла на окраины города Сумы.
40-я А за день боя частями правого фланга (237, 309, 161-я стрелковые дивизии) продвинулась на 25 км и вышла к реке Псел на участке Пашков – Селище; 2-й тк силами 99-й танковой и 58-й мотострелковой бригад овладел Веприком, где перешел к обороне, а его 26-я тбр овладела Московским Бобриком; на левом фланге части 40-й А овладели населенными пунктами Олешня, Поповка.
47-я А за день боя продвинулась на 12 км и, отразив неоднократные контратаки противника силой до 10–15 танков из района Рассоховатый (Разсоховатый) – Мартыновка, к исходу дня вышла на рубеж Боровенька – Семеновка – Березовый – Рассоховатый – Мартыновка. 3-й гв. мк сосредоточился в районе Рассоховатого, 10-й тк к исходу дня вышел к Олешне.