Авиаразведка донесла, что танковые соединения противника большой численности обходят Валгу с востока и движутся к Гулбене, в котором заняли оборону 29-я и 33-я мсд. Серпилин понял, что командование противника озаботилось уплотнением кольца окружения и намерено выбить войска фронта из всех населенных пунктов по периметру кольца. Комдивы получили приказ занять круговую оборону, закопаться в землю и личный наказ командующего держаться до последнего. Павел Федорович очень надеялся, что две дивизии сумеют продержаться в городе трое суток против трех-четырех ослабленных немецких танковых дивизий до начала нашего контрнаступления. Штаб фронта взял управление этими дивизиями на себя.
В течение дня на станции выгрузки прибыли 29-я и 204-я мотострелковые дивизии, 22-я и 30-я танковые, начала прибывать артиллерия РВГК. Перелетели на полевые аэродромы по одной эскадрилье от каждого полка истребительной и бомбардировочной дивизий. Транспортники ТБ-3 под прикрытием истребителей весь день перебрасывали батальоны аэродромного обслуживания и наземный персонал авиаполков. Особенно радовало, что авиаторы имели на вооружении новейшие истребители Як-1 в истребительной дивизии и ЛаГГ-3 в полках сопровождения бомбардировщиков. Бомбардировочные полки прилетели на пикировщиках Ар-2. Минусом было, что все прибывшие авиачасти совсем не имели боевого опыта. Из резерва Ставки прибывали командиры для укомплектования фронтового управления.
Продолжавшиеся весь день атаки противника на Валгу и Гулбене были успешно отбиты. Атаки пехотных дивизий на рубеж Белауски — Карсава также удалось сдержать. В воздухе над этим рубежом завязалась настоящая битва. Ввиду слабости авиации 2-го Прибалтийского, Главком приказал всю истребительную авиацию фронта Кузнецова бросить на прикрытие рубежа. Жуков вполне разделял точку зрения Серпилина о принципиальной важности остановки продвижения немецких пехотных дивизий. Прорвавшиеся танковые и моторизованные соединения не имели возможности своими силами сформировать плотное кольцо окружения вокруг войск Прибалтийского фронта. Кроме того, с подвижными соединениями Гота и Руоффа вполне можно было справиться имеющимися силами. К концу дня удалось наладить регулярное поступление данных от всех разведбатов стрелковых дивизий, контролировавших перемещения сил противника. Пополнившийся еще двумя эскадрильями разведывательный авиаполк работал с полной нагрузкой.
31 июля противник прекратил штурмовать Валгу и Гулбене. Танковые части начали занимать населенные пункты к западу от городов. Селения, расположенные восточнее, немцы оставляли. Очевидно, Гёпнер решил оставить сильные гарнизоны Валги и Гульбене за внешней границей кольца окружения, и перенести линии снабжения своей группировки к западу от этих городов, сделал вывод Серпилин.
Крупные силы танков начали движение от Гулбене в сторону Карсавы. Получив это сообщение от авиаразведки около полудня, комфронта приказал все наличные силы штурмовой и бомбардировочной авиации нацелить на удары по этим колоннам. Гёпнер явно решил нанести удар с тыла по войскам, удерживающим рубеж Белауски — Карсава. Он не хуже Жукова с Серпилиным понимал, что только продвижение пехотных дивизий позволит замкнуть кольцо.
Своей властью Серпилин двинул вперед 29-ю и 204-ю мотострелковые дивизии, поставив им задачу форсированным маршем выдвинуться к Белауски и прикрыть с тыла войска, обороняющиеся на рубеже Белауски — Карсава. Впрочем, Главком, получив донесение Серпилина, не стал вставать в позу и задним числом подтвердил приказ командующего фронтом. Одновременно, 29-я и 33-я танковые дивизиями получили приказ все оставшееся у них танки двинуть навстречу наступающим с тыла танкам Гёпнера. Хотя в обеих дивизиях осталось лишь около сотни танков и САУ, танкисты сумели перехватить и во встречном бою задержать передовые подразделения дивизий Гота до подхода мотострелков.
К концу дня две свежих мотострелковых дивизии заняли оборону фронтом на север за спиной у войск, оборонявших рубеж Белауски — Карсава, хотя ширина коридора, отделявшего танкистов Гота от его же пехоты местами едва превышала 10 километров. Туда же выдвигались все прибывавшие на станции части двух других дивизий 13-го мотострелкового корпуса. К 24 часам последние подразделения корпуса уже закончили выгрузку и двигались к Карсаве. Закончили разгрузку и дивизии 14-го танкового корпуса.
Авиаразведка доложила, что на станциях Турмантас, Висагинас, Дукштас железной дороги Вильнюс — Даугавпилс разгружаются пехота и артиллерия силами не менее трех пехотных дивизий. Немецкое командование тоже подтягивало подкрепления. Серпилин запросил у Главкома ночную обработку железной дороги авиацией дальнего действия. На станции разгрузки была нацелена и только что прибывшая дивизия легких ночных бомбардировщиков.