Следующую дыру в немецкой обороне пробил Воронежский фронт, который перешел в наступление 9 сентября. Новое наступление началось без паузы, фронт непрерывно вел наступательные бои с 23 августа, с момента окончания Курской битвы. 40-я А с приданными ей 8-м гв. тк и 10-м тк, имеющими на двоих около сотни танков, наносила удар в юго-западном направлении на Лохвицу. Он пришелся в стык 7-му ак и 24-му тк. Оборона 4-й ТА была прорвана. Через трое суток ширина прорыва достигла 45 км, а глубина 70-75 км. 13 сентября советские войска заняли Лохвицу. А вот войска 38-й А заметно отстали. Свою ближайшую задачу — занять 12 сентября Ромны, они не выполнили. Натолкнувшись на упорную оборону 7-го ак, 38-я А завязла в боях и практически не двигалась с места. Наступать приходилось в лоб, возможности маневра были ограничены, нащупать слабое место никак не удавалось. 12 сентября Ставка в специальной директиве своему представителю Г. К. Жукову и командующему Воронежским фронтом потребовала ускорить продвижение 38-й А7
. В это время двигавшаяся севернее 60-я А Центрального фронта подходила к Нежину и 15 сентября освободила его. Части 13-го ак и 7-го ак, оборонявшие Ромны, оказались глубоко обойденными с севера и юга. Возникла реальная угроза окружения не менее восьми немецких дивизий. С этой идеей выступил командующий Центральным фронтом К. К. Рокоссовский8. К сожалению, она осталась нереализованной. Сильно растянутая 60-я А была вынуждена отбивать контратаки 8-й тд, пытавшейся вернуть Нежин, и не имела сил для поворота на юг. Вырвавшаяся вперед 40-я А Воронежского фронта рисковала сама угодить в ловушку. Противник мог нанести удар по ее сильно вытянутым флангам и отсечь от основных сил фронта. Такую попытку он предпринял 14 сентября, ударив по правому флангу армии и попытавшись пробиться на юг. Для отражения этого удара пришлось задействовать 8-й гв. тк, временно остановив продвижение вперед. Положение осложнялось тем, что главная ударная сила Воронежского фронта — 3-я гв. ТА все еще не прибыла в район сосредоточения и не принимала участия в боях. Сил для последнего броска и замыкания кольца вокруг ромненской группировки не было.14 сентября Гитлер, вняв уговорам командующего группой армий «Юг» генерал-фельдмаршала Э. Манштейна, отказался от обороны Левобережной Украины и Донбасса и разрешил отход на правый берег Днепра, обязав при этом сохранить на левом берегу пять плацдармов: в районах Киева, Канева, Черкасс, Кременчуга и Запорожья. Он смирился с потерей Донбасса и приказал оборонять район Никополя, закрепившись на линии Мелитополь — Днепр. 15 сентября Э. Манштейн отдал войскам приказ об отходе9
.Столь массового и поспешного отступления немецкая армия еще не знала. Под Москвой, на Дону, под Харьковом немцы пятились, цепляясь за каждый рубеж, постоянно контратакуя и пытаясь перехватить у противника инициативу. В сентябре 1943 года произошел надлом. Еще не было повального бегства, еще сохранялись порядок и дисциплина, но признаки грядущей катастрофы проявлялись все четче и четче. Желание выжить внезапно стало доминирующим, все стали слишком нервными, восприимчивыми ко всяческим слухам. Удержаться от паники становилось все труднее, а бросить мешающую быстро двигаться технику и имущество, наоборот — легче. Немецкие войска устремились к Днепру, который для многих солдат, психологически преувеличивающих его защитные свойства, олицетворял спасение. Дороги заполнились двигавшимися в несколько рядов машинами. Пехота шла по обочинам. Пыль, поднятая многочисленными обозами, закрывала небо и мешала вовремя замечать появление русских самолетов. На перекрестках стояли зенитки, а офицеры ругались, кого пропускать первым. Танкисты требовали поставить танки в голове колонн. На запад гнали скот, везли хлеб, материальные ценности и семьи коллаборационистов. Происходящее так сильно напоминало картины двухлетней давности, только с обратным знаком, что поневоле навевало тоску и уныние.
Ромненская группировка (13-й и 7-й ак) отходила к Киеву, 24-й тк, который так и не сумел соединиться с остальными войсками 4 ТА, — к Каневу. Преследуя отступающего противника, советские войска набирали темп, стараясь быстрее выйти к Днепру и помешать переправе немцев на правый берег. В спешке случались казусы, когда наступающие дивизии разных армий и даже фронтов перемешивались между собой, внося неразбериху и замедляя движение. Командующий 60-й А И. Д. Черняховский повернул часть своих сил на Прилуки, собираясь выйти на кратчайший маршрут, ведущий к Киеву. При этом они пересекли боевые порядки 38-й А, обходившей город с севера. Ставка ВГК была вынуждена сделать выговор командующему Центральным фронтом10
. 18 сентября противник предпринял последнюю попытку задержать советские войска на подходе к Днепру. Силами 19-й тд был нанесен контрудар по наступавшим на Пирятин частям 40-й А.