После первой неудачной попытки остановить наступление 11-й гв. армии 6-й воздушный флот предпринял массированные атаки 16 июля. В какой-то мере возрастанию активности и эффективности действий люфтваффе способствовала местность. 1-й танковый корпус вышел из лесов на открытую безлесную равнину, пересеченную оврагами и балками. С самого утра немецкие самолеты атаковали порядки 1 — го танкового корпуса. Танковые бригады подвергались атакам с воздуха по 10–12 раз.
В отчете штаба 1-го танкового корпуса, написанном по итогам боев, об этом эпизоде было сказано следующее: «Авиация противника, воздействовавшая с утра 16.7 группами по 15–20 самолетов по колоннам корпуса, с 12.00 предприняла ожесточенную бомбардировку боевых порядков корпуса, которая продолжалась до 22.00. Производя методические налеты через каждые 30 минут группами по 50–60 самолетов, сковывала активность войск, прижав их к земле».
Собственной истребительной авиации в воздухе в этот момент не было. Ответ на эту загадку танкисты получили на следующий день, когда в штаб 1-го танкового корпуса был доставлен пилот сбитого истребителя Ла-5. Он сообщил, что истребителям было приказано патрулировать над Хотынцом, т. е. над тем районом, куда должны были прорваться танкисты. Излишний оптимизм тут сыграл злую шутку с советским командованием.
Помимо авиации противника от обороны к контрударам перешла группа Эзебека. Немцы стремились охватить советский танковый корпус с флангов. Бомбардировки и атаки немецких танков и мотопехоты заставили 1-й танковый корпус временно отказаться от наступления на заветный Хотынец и отойти назад в леса.
Ситуация изменилась с подходом свежего 25-го танкового корпуса. Он вышел из спасительных лесов и начал наступление вечером 16 июля. Поначалу 25-й корпус избежал массированных воздушных налетов. Однако на следующий день он тоже подвергся контратакам группы Эзебека и ударам с воздуха. По замыслу советского командования, 1-й и 25-й корпуса получили одну цель — Хотынец, но должны были к ней двигаться разными маршрутами. Хотя бы на одном из направлений немецкая оборона должна была дрогнуть. 18 июля оба танковых корпуса попытались вновь перейти в наступление, но продвинуться вперед не смогли.
20 июля немецкая авиация устроила настоящее избиение техники 1-го танкового корпуса. За день от ударов с воздуха сгорело 13 Т-34, 3 Т-70, 2 Т-60, 1 СУ-122 и 1 СУ-76. Еще 9 Т-34 были подбиты. Столь же смертоносным был огонь танков, самоходных орудий и противотанковых орудий группы Эзебека.
Тем не менее советской разведке удалось нащупать щель в немецкой обороне. Через нее 162-я танковая бригада полковника Волынца из 25-го танкового корпуса сумела прорваться в глубину, в направлении Хотынца. Более того, в последний момент брешь была закрыта и от главных сил бригады были отрезаны тыловые подразделения. Уже углубившись в оборону противника, танкисты с ужасом обнаружили идущую прямо на них крупную группу немецких самолетов. От разгрома с воздуха удалось спастись, пустив три белых ракеты, которые были немецким опознавательным сигналом. Более того, от группы сопровождения отделились несколько «Мессершмиттов» и некоторое время кружили над советской бригадой в качестве прикрытия.
Станция Хотынец была захвачена тремя танками с десантом пехоты на них. Как позднее отмечалось в справке о боевом пути бригады: «Действуя из засад вдоль основных дорог, питающих фронт, бригада уничтожала проходивший автотранспорт и колонны противника». В течение трех дней (19, 20 и 21 июля) изолированная советская танковая бригада вела бои без тылов, не имея связи со штабом корпуса. Горючее и боеприпасы были уже на исходе, и поэтому в ночь на 22 июля бригада прорвалась обратно на том же участке.
В отчете штаба 9-й армии о боях на Орловской дуге этот эпизод был отражен следующим образом: «Непосредственную угрозу железной и шоссейной дорогам Орел-Карачев, где уже находилась танковая бригада русских, ликвидировали мощной атакой воздушные истребители танков».
Однако отдельные тактические успехи не могли уже изменить общей обстановки. Переброшенными с южного фаса дуги резервами Моделю удалось стабилизировать прорванный 11-й гвардейской армией фронт. Армия Баграмяна продвинулась почти на 80 км, ее фронт составлял уже 150 км. Кроме того, к 20 июля потери армии Баграмяна составили почти 19 тыс. человек, в том числе 5400 человек убитыми и ранеными. Общие потери бронетехники армии составили 299 танков и 16 САУ. Наступательный потенциал 11-й гвардейской армии был почти исчерпан. На Хотынец с трудом продвигались только две дивизии при поддержке немногочисленных танков. Тем не менее советское командование не собиралось отказываться от плана сокрушения немецких войск в орловском выступе. Победа казалась близка как никогда — до Хотынца оставалось всего 15–20 км.