Войска Серпилина отрезали девять дивизий из состава 16-й армии генерала Гансена. Сам Гансен погиб. Затем отрезанная группировка была рассечена на три части. Русским удалось уничтожить один из образовавшихся котлов. Разгромить два других котла русские не смогли. Окруженные войска мужественно сопротивлялись. Командующий группой армий генерал-фельдмаршал Буш ввел в бой свои резервы — три танковых и две моторизованных дивизии. Во встречном сражении с русскими танковыми и моторизованными дивизиями противнику был нанесен серьезный урон, но деблокировать окруженные войска не удалось.
Дождавшись, когда все подвижные войска Буша будут введены на плацдарм на восточном берегу Двины, русские нанесли танковыми армиями два концентрических удара с форсированием Двины и замкнули кольцо окружения вокруг войск 16-й армии, расположенных на восточном берегу. Попытка прорвать кольцо окружения не удалась. Гитлер категорически запретил прорыв отрезанных войск из котла. В конце ноября обе стороны перешли к обороне. Перед Бушем снова встала задача снабжения окруженных группировок.
Русские продолжили свое общее контрнаступление на Украине. 11-го ноября перешли в наступление войска Штерна. Как и четырьмя днями ранее в Белоруссии, после мощных авиационных и артиллерийских ударов две танковые армии, вооруженные новейшими танками Т-34, прорвали фронт группы армий «Юг» у Новоград-Волынска и у Летичева. Противник, имея подавляющее превосходство в авиации и танках, снова нанес концентрические удары, имея цель окружить большую часть войск Рейхенау.
Командующий группы армий «Юг» имел в резерве лишь три пехотных дивизии и три охранных корпуса, занимавшихся борьбой с партизанами и рассредоточенных по большой территории. Северная группировка русских на второй день после прорыва фронта 6-й армии генерала Паулюса подошла к довольно крупной реке Горынь, за которой Рейхенау успел сконцентрировать неполную охранную дивизию. Неокрепший еще лед не держал танки и автомобили, что позволило обороняющимся отбить атаки пехоты. На следующий день подошли еще два охранных полка, однако русские подтянули артиллерию и сбили храбро сражавшуюся дивизию с позиции. Эта задержка позволила Рейхенау сконцентрировать перед городом Ровно одну охранную дивизию, которая задержала русских еще на один день.
Перед городом Дубно командующий развернул вдоль реки Иква две резервных пехотных и две охранных дивизии, успевших подготовить полевые укрепления. В упорном бою на рубеже Дубно — Кременец танковая армия русских была остановлена. Позднее там развернулись еще две пехотных дивизии, переданных группе армий их резерва Главного командования.
Южная группировка русских, прорвав фронт 17-й армии фон Линдемана на участке, занятом итальянскими дивизиями, беспрепятственно продвигалась на запад и заняла Проскуров и Волочиск. Перед Волочиском командующий группой армий «Юг» Рейхенау успел сконцентрировать охранную дивизию, которая задержала русских на один день.
Когда на пятый день наступления танки противника подошли к Тернополю, Рейхенау сосредоточил за небольшой рекой Серет одну пехотную и две охранных дивизии. Продвижение танковой армии было остановлено. 16 ноября, использовав две переданные ему из резерва танковых дивизии, Рейхенау нанес контрудар от Ярмолина на Проскуров и перерезал коммуникации южной армии русских. В ответ Штерн ввел в сражение у Проскурова сразу четыре танковых и четыре моторизованных дивизии, которые в ожесточенном сражении восстановили прерванную коммуникационную линию. За это время Рейхенау подтянул к Тернополю еще две охранных дивизии и прибывшую из резерва пехотную.
Танковые армии русских продолжали попытки прорваться на соединение друг с другом до 25 ноября, но безуспешно. Большая часть танков у противника была выбита, и он вынужден был остановить наступление.
Героическое сопротивление немецких войск, а также храбрых охранных дивизий, сформированных из фольксдойче и добровольцев с оккупированных территорий, позволило избежать окружения значительной части сил 6-ой и 17-й армий. Группа армий понесла серьезные потери, но катастрофы не произошло. Однако, оперативная обстановка на фронте группы «Юг» предельно осложнилась. Противник сформировал два глубоких вклинения, между которыми располагался занятый нашими войсками мешок глубиной 120 км и шириной от 50 до 80 км. В мешке оказались 10 дивизий. Все войска оборонялись на крайне растянутом фронте. Учитывая значительное превосходство противника в силах, такая конфигурация фронта была чревата большими осложнениями в будущем.