Однако, несмотря на прорыв в районе Боромли, немецкое командование не отказалось от запланированного контрнаступления. Утром 18 августа дивизии XXIV танкового корпуса перешли в наступление. Изначально слабая и растянутая по фронту оборона 166-й стрелковой дивизии была буквально разгромлена с воздуха. Документы 27-й армии свидетельствуют: «Большинство противотанковых средств (45-мм орудия, ПА[91]
, ДА[92] и 408 ИПТАП) с личным составом были разбиты и уничтожены авиацией, тягачи сожжены». К исходу дня в построение 27-й армии был вбит клин на глубину 24 км на фронте 7 км. Навстречу ему ударила дивизия СС «Мертвая голова». Создалась реальная угроза окружения для 71-й и 241-й стрелковых дивизий, 4-го и 5-го гвардейских танковых корпусов. Они же были первыми развернуты для парирования немецкого контрудара.Для противодействия немецкому контрудару сразу же были задействованы соединения свежей 4-й гвардейской армии. 7-я и 8-я гвардейские стрелковые дивизии развернулись на фланге немецкого танкового клина, выстраивая заслон на пути прорыва в тыл Воронежского фронта. На выручку 27-й армии сразу же были направлены части 1-й и 5-й гвардейской танковых армий. 1-я танковая армия отправилась в район Ахтырки практически в полном составе: 6-й танковый корпус, 3-й механизированный корпус (без 10-й мехбригады) и 242-я танковая бригада 31-го танкового корпуса. Танковая армия Катукова к тому моменту была уже изрядно потрепана. В строю на 19 августа числились 91 Т-38 и 48 Т-70. В район Ахтырки отправились около 65 Т-34. От армии Ротмистрова под Ахтырку отправился 29-й танковый корпус (без одной бригады).
Наступление 47-й армии привело к глубокому прорыву фронта 4-й танковой армии. 19 августа в КТВ OKW указывалось: «На участке фронта LII армейского корпуса в результате сильных ударов противника создалось критическое положение». Однако, несмотря ни на что, контрудар был продолжен. Немецкое командование считало, что оно успеет сомкнуть фланги 8-й и 4-й танковой армий до сползания ситуации к критической точке. После этого XXIV танковый корпус мог быть развернут для парирования наступления 47-й армии.
К тому времени танковая дивизия СС «Рейх» была сменена 223-й пехотной дивизией. Пользуясь случаем, следует отметить, что резервы получала не только советская сторона. Манштейн позднее писал: «До конца августа мы получили 9 пехотных и одну танковую дивизии». Именно эти резервы позволили командованию группы армий «Юг» стабилизировать ситуацию. Смена эсэсовских дивизий в первой линии на пехоту позволила ввести в бой под Котельвой полк «Дойчланд» и танковую боевую группу «Тишен» из состава «Рейха». Они приняли участие в контрударе совместно с «Мертвой головой». Атака нацеливалась навстречу группировке, наступающей от Ахтырки. 20 августа части дивизий «Великой Германии» и боевые группы эсэсовских соединений соединились в районе к северу от Колонтаева. Фланги 4-й танковой и 8-й армий сомкнулись.
В разведывательной сводке группы армий «Юг» указывалось: «На левом флаге 8 А в настоящий момент большая неразбериха. 4-й гв. тк, а также части 5-го гв. тк, отрезанные в результате атаки дивизии СС «Мертвая голова» и дивизии «Великая Германия», попытались прорваться в восточном направлении, но были отброшены на юг».
Подошедшие к полю сражения части 1-й танковой армии атаковали наступающие немецкие дивизии во фланг. Та же сводка группы армий «Юг» сообщала: «Крупные силы противника начали атаковать по фронту прикрытия в северо-восточном направлении (юго-вост. г. Ахтырка) с привлечением переброшенного с Орловской дуги 3-го гв. тк, 31-го тк, а также 7-й и 48-й гвардейских дивизий, переброшенных из района ГА «Север». Атаки были отражены. Одна только дивизия «Великая Германия» на этом участке подбила 100 танков противника». Тем не менее сильный нажим на XXIV танковый корпус позволил окруженным советским частям прорваться из окружения.