Поворот свежего корпуса из 5-й гвардейской танковой армии на Белгород был одним из самых спорных решений Ватутина в операции «Румянцев». Конечно, этот город был «крепким орешком», в ходе штурма которого армии Степного фронта могли понести большие потери и утратить свой наступательный потенциал. Немцы превратили Белгород в мощный узел сопротивления, на его территории было возведено немало оборонительных сооружений. Вокруг города, запирая ближние подступы к нему, шел кольцевой, оборонительный обвод, созданный немцами еще зимой 1941/42 г. К началу советского наступления он был значительно усилен. Кроме того, непосредственно по окраинам города проходила густая сеть дзотов, а все каменные постройки были превращены в сильные опорные пункты. Внутренние кварталы города также были подготовлены для ведения упорных уличных боев. На перекрестках улиц были построены баррикады и дзоты, значительная часть улиц и зданий в городе были заминированы. Северная и восточная части города прикрывались сильными полосами минных полей. Достаточно сказать, что в период боев советские саперы сняли в районе Белгорода более 16 тыс. неприятельских мин.
Было очевидно, что удар по Белгороду с тыла существенно облегчил бы его штурм. Поэтому Конев направил свою самую сильную 53-ю армию в обход города с запада. Успешное наступление этой армии позволило ее соседу, 69-й армии, выйти на хуже укрепленные западные окраины Белгорода. Город оказался полуокружен. 5 августа Белгород был атакован с трех сторон. В то время когда части 69-й армии наступали на город с севера и с запада, с востока атаковали части 7-й гвардейской армии. Немцы оказывали упорное сопротивление, стремясь во что бы то ни стало удержать Белгородский узел сопротивления в своих руках. Борьба велась за каждый квартал, а часто и за отдельные дома, превращенные немцами в опорные пункты. Однако атаки советских войск медленно, но верно делали свое дело. К 18 часам город был полностью очищен от немецких войск.
В итоге Степной фронт вполне успешно справился с задачей освобождения Белгорода. Приходится констатировать, что разворот 5-го гв. мехкорпуса 5-й гв. танковой армии в тыл оборонявшим Белгород немецким войскам не оказал решающего воздействия на систему обороны города. Без этого выпада вполне можно было обойтись. Белгород и так был обойден с тыла войсками 53-й армии и ее 1-го мехкорпуса. Снижение активности на направлении главного удара Воронежского фронта не было оправданным.
Ватутин явно переоценил возможности армии Ротмистрова наступать только двумя танковыми корпусами. Когда же выяснилось, что темп потерян, командующий фронтом был просто в ярости. Утром 5 августа Ватутин писал Ротмистрову: «Ваши пассивные действия граничат с преступлением. Вы оголяете фланг Катукова». Командующий фронтом грозил командующему 5-й танковой армией отстранением от должности и преданием суду.
Однако нельзя сказать, что 5 августа стало днем сплошных разочарований. Утром 5 августа 27-я армия и ударная группировка 40-й армии перешли в наступление. 40-я армия начала свои действия в 7.15 утра после двухчасовой артиллерийской подготовки. 27-я армия, вследствие того что ее разведывательные отряды еще 4 августа нарушили систему неприятельской обороны, ограничилась перед атакой лишь 15-минутным мощным огневым налетом.
Сломив сопротивление оборонявшейся здесь 11-й танковой дивизии и нанеся ей тяжелые потери, обе армии прорвали на 26-километровом фронте неприятельскую оборону, к исходу дня с боями продвинулись на 8-20 км. От немедленного развала фронт немецкой 4-й танковой армии был спасен вводом в бой 7-й танковой дивизии. Тем не менее переход в наступление второй ударной группировки Воронежского фронта означал угрозу окружения и уничтожения для немецких частей в районе Томаровки. Здесь оборонялись подразделения 332-й и 255-й пехотных и 19-й танковой дивизий. Они успешно сдерживали атаки 6-й гвардейской армии и 6-го танкового корпуса, но теперь оказались охвачены с обоих флангов. В их распоряжении осталась лишь дорога на Борисовку. Отход начался с наступлением темноты. К утру 6 августа Томаровка была полностью в руках советских войск.