Для того, чтобы как-то поправить положение, немецкие войска 11 августа нанесли на Богодуховском направлении контрудар по частям 1-й танковой армии спешно собранной группировкой, в которую входили 3-я танковая дивизия и части танковых дивизий СС «Тотенкопф», «Дас Райх» и «Виклнг». Этот удар существенно замедлил темп наступления не только Воронежского, но и Степного фронта, так как у последнего пришлось взять часть подразделений для образования оперативного резерва. К 12 августа на Валковском направлении южнее Богодухова немцы постоянно атаковали танковыми и мотопехотными подразделениями, но решающего успеха достичь не смогли. Как не смогли вновь отбить железную дорогу Харьков-Полтава. Для усиления 1-й танковой армии, которая к 12 августа насчитывала всего 134 танка (вместо 600), на Богодуховское направление была переброшена также потрепанная 5-я гв. танковая армия, в составе которой насчитывалось 115 исправных танков. 13 августа немецкой группировке в ходе боев удалось несколько вклиниться в стык между 1 — и танковой армией и 5-й гв. танковой армией. Противотанковая артиллерия обеих армий прекратила свое существование, и командующий Воронежским фронтом ген. Ватутин принял решение ввести в бой резервы 6-й гв. армии и всю артиллерию усиления, которая развернулась южнее Богодухова.
14 августа интенсивность немецких танковых атак спала, в то время, как части 6-й гв. армии добились значительных успехов, продвинувшись на 4–7 км. Но на следующий день немецкие войска, перегруппировав силы, прорвали полосу обороны 6-го танкового корпуса и вышли в тыл 6-й гв. армии, которая вынуждена была отойти к северу и перейти к обороне. На следующий день немцы пытались развить свой успех в полосе 6-й гв. армии, но все их усилия окончились ничем. В ходе Богодуховской операции против вражеских танков особенно хорошо проявили себя пикирующие бомбардировщики «Петляков», и в то же время отмечалась недостаточная эффективность штурмовиков «Ильюшин» (кстати, такие же результаты отмечались и во время оборонительных боев на северном фасе).
Степной фронт имел задачу уничтожить харьковский оборонительный узел и освободить Харьков. Командующий фронтом И. Конев, получив разведданные об оборонительных сооружениях немецких войск в районе Харькова, принял решение уничтожить по возможности немецкую группировку на подступах к городу и не допустить отвода немецких танковых войск в городскую черту. 11 августа передовые части Степного фронта подошли к внешнему оборонительному обводу города и начали его штурм. Но только на следующий день, после ввода всех артиллерийских резервов, удалось несколько вклиниться в него. Положение усугублялось тем, что 5-я гв. танковая армия была задействована в отражении немецкого удара в районе Богодухова. Танков не хватало, но благодаря действиям артиллерии, 13 августа 53-я, 57-я, 69-я и 7-я гв. армии прорвали внешний оборонительный обвод и подошли к пригородам.
В период 13–17 августа советские войска завязали бои на окраинах Харькова. Бои не прекращались и ночью. Советские войска несли большие потери. Так, в некоторых полках 7-й гв. армии 17 августа насчитывалось не более 600 человек. 1 — й мехкорпус имел всего 44 танка (меньше численности танковой бригады), более половины — легкие. Но обороняющаяся сторона также несла большие потери. По донесениям пленных, в некоторых ротах обороняющихся в Харькове частей группы «Кемпф» оставалось по 30…40 человек.
18 августа немецкие войска предприняли еще одну попытку остановить войска Воронежского фронта, нанеся удар севернее Ахтырки во фланг 27-й армии. В ударной группировке были задействованы моторизованная дивизия «Гроссдойчланд», переброшенная из-под Брянска, Ю-я моторизованная дивизия, части 11-й и 19-й танковых дивизий и два отдельных батальона тяжелых танков. Группировка насчитывала около 16 тыс. солдат, 400 танков, около 260 орудий. Группировке противостояли части 27-й армии в составе ок. 15 тыс. солдат, 30 танков и до 180 орудий. Для отражения контрудара могло быть привлечено с соседних участков до!00 танков и 700 орудий. Однако командование 27-й армии опоздало с оценкой сроков наступления ахтырской группировки немецких войск, и потому переброска подкреплений началась уже в ходе начавшегося немецкого контрнаступления.
Утром 18 августа немцы провели сильную артподготовку и начали наступление на позиции 166-й дивизии. До 10 часов артиллерия дивизии успешно отражала атаки немецких танков, но после II часов, когда немцы ввели в бой до 200 танков, артиллерия дивизии была выведена из строя, и фронт был прорван. К 13 часам немцы прорвались к расположению штаба дивизии, а к концу дня продвинулись узким клином на глубину до 24 км в юго-восточном направлении. Для локализации удара были введены 4-й гв. танковый корпус и подразделения 5-го гв. танкового корпуса, которые атаковали прорвавшуюся группировку во фланг
