Однако советские войска в этот день не смогли развить успех, достигнутый на очень уязвимом фланге 48-го моторизованного корпуса, наступавшего в авангарде группы Клейста. Наши танковые части контратаковали противника на широком фронте и неодновременно. Танки, как правило, не сопровождались пехотой, слабо поддерживались артиллерией и не всегда прикрывались авиацией. Такие действия не давали решительных результатов. Вследствие этого вражеским войскам удалось удержать основные коммуникации, связывавшие их передовые части с тылами, и временно локализовать прорыв.
В ночь с 26 на 27 июня генерал Рябышев получил новый приказ командующего Юго-Западным фронтом. Генерал Кирпонос требовал с утра начать наступление из района Броды в направлении Верба, Дубно, с тем чтобы к исходу дня овладеть ими. В это же время получил приказ на наступление и командир 15-го механизированного корпуса. Этому корпусу была поставлена задача: во взаимодействии с 8-м механизированным корпусом с 9 часов 27 июня наступать в направлении Лопатин, Берестечко и к исходу дня выйти в район Берестечко. В дальнейшем корпусу предлагалось наступать также в направлении Дубно.[130]
Согласно приказу глубина задачи дня 15-го механизированного корпуса достигала 40 км, а ширина полосы наступления составляла около 15 км. Корпус был усилен 8-й танковой дивизией 4-го механизированного корпуса, однако его 212-я моторизованная дивизия наступала вместе с 8-м механизированным корпусом. Следует отметить, что местность в полосе наступления 15-го механизированного корпуса была неблагоприятной для действий танков. В этой полосе от исходного рубежа до Берестечко имелось пять рек (Радоставка, Острувка, Жечка, Лошувка, Соколувка) с болотистыми поймами и долинами до 2 км шириной. Времени на подготовку наступления было мало, а части корпуса находились на большом удалении друг от друга.В связи с тем что и соединения 8-го механизированного корпуса находились в разных районах, а некоторые части вовсе не были готовы к наступлению, генерал Рябышев решил создать подвижную группу в составе 34-й танковой дивизии, которой командовал полковник Васильев И. В., танкового полка под командованием подполковника Волкова П. И. и мотоциклетного полка. Возглавил эту группу заместитель командира корпуса по политической части бригадный комиссар Попель Н. К. В два часа дня 27 июня эта группа перешла в наступление.
В это время 11-я немецкая танковая дивизия наступала на Острог, подтягивая к Дубно свои тылы. 16-я танковая дивизия продвигалась вслед за ней. Удар советских танкистов был для противника внезапным. Они вначале атаковали врага в районе Верба, затем отрезали выдвинутые вперед до района Кременец подразделения 16-й танковой дивизии от ее главных сил и к вечеру прорвались к Дубно, выйдя на тылы 11-й танковой дивизии, которая вела бой в районе Острог. В тот же день, но на несколько часов раньше, в район Дубно с северо-востока вышли соединения 19-го механизированного и 36-го стрелкового корпусов.[131]
Однако вышедшие в район Дубно с различных направлений советские соединения не установили связи и не организовали взаимодействия между собой. Вследствие этого их действия носили разрозненный характер и не привели к полному достижению поставленных перед ними целей по уничтожению всей вклинившейся в этот район вражеской группировки. Но, несмотря на это упущение, советские воины нанесли противнику значительный урон и задержали его продвижение. Вражеские войска охватила паника. Многие части в беспорядке бежали с поля боя.28 июня бои в районе Дубно приняли еще более ожесточенный характер. Сюда перебрасывается 55-й армейский корпус. Это позволило врагу усилить натиск. В результате этого 19-й механизированный корпус, которым командовал генерал-майор танковых войск Фекленко Н. В., был вынужден отойти в северо-восточном направлении в район Ровно.
В связи с тем что авиаразведке противника во второй половине дня удалось вскрыть продвижение главных сил 8-го механизированного корпуса из района Броды к Дубно, генерал Клейст отдал приказ 16-й танковой дивизии преградить дорогу, идущую от Броды на Дубно, и подготовить мощную сводную боевую группу для наступления на наши части, действовавшие юго-западнее Дубно.
В ночь с 28 на 29 июня 12-я танковая и 7-я моторизованная дивизии 8-го механизированного корпуса предпринимали неоднократные попытки прорваться в Дубно с целью соединения с группой Попеля, однако враг, вводя в бой все имевшиеся части и подразделения 16-й танковой дивизии вплоть до шоферов, связистов и писарей, не позволял советским войскам соединиться.
Ожесточенные бои в районе Дубно происходили 29 и 30 июня. Противник продолжал подтягивать сюда не принимавшие еще участия в боях на советско-германском фронте соединения. В районе Дубно действовали 44, 75 и 111-я пехотные, 16-я моторизованная, 16-я танковая дивизии. Сюда подтягивались 225-я пехотная и 14-я танковая дивизии.