Львова, потребовал от его командира ускорить выдвижение на север в район Бродов, чтобы утром 24 июня совместно с 15-м мехкорпусом атаковать противника, прорвавшегося в Берестечко. Музыченко поставил Рябышеву соответствующую задачу. Корпус развернулся почти на 180° и пошёл обратно. Только к утру 26 июня он вышел к Бродам.
Тем временем уже к исходу 24 июня на ровенском направлении, на стыке 5-й и 6-й армий, образовался разрыв около 50 км, в который устремились соединения 1-й немецкой танковой группы генерала Э. Клейста (799 танков). Создалась угроза глубокого прорыва гитлеровских войск и охвата ими с севера основных сил Юго-Западного фронта. Для ликвидации этой угрозы и разгрома ударной группировки противника в период 26-29 июня был нанесён контрудар силами 8, 9, 15 и 19-го мехкорпусов по флангам прорвавшихся немецких войск.
9-й (командир – генерал-майор К. К. Рокоссовский) и 19-й механизированные корпуса (командир – генерал Н. В. Фекленко), совершив под непрерывным воздействием авиации противника более чем 200-км марш, находились в районе восточнее Луцка и должны были наступать на Дубно с севера. С юга в северо- западном направлении на Дубно наносили удар 8-й и 15-й мехкорпуса. Следует подчеркнуть, что на начало войны в этих корпусах имелось 286, 279, 858 и 733 танка соответственно, а всего 2 156! Из них 181 Т-34 и 140 КВ. Однако до 50% этой техники по разным причинам в контрударе участия не принимало. Часть была потеряна, часть вышла из строя в ходе выдвижения в исходные районы, другие просто не успели подойти: 7-я моторизованная дивизия 8-го мехкорпуса, например, к этому времени находилась ещё на марше. Не удалось использовать в контрударе и 4-й механизированный корпус. Командование фронтом решило привлечь лишь его 8-ю танковую дивизию, которая к тому времени уже потеряла в боях 92 танка. Ещё больше машин вышли из строя по техническим причинам. В результате из 385 танков, которые дивизия имела накануне войны, в район контрудара к концу 27 июня, то есть с опозданием на сутки, прибыло только 65 боевых машин.
Тем не менее удар по противнику были готовы нанести как минимум 1 000 танков. Эти силы были распределены неравномерно: до 700 боевых машин атаковали с юга и около 300 – с севера. При этом практически все Т-34 и KB (не менее 250 машин) находились в южной группировке. Контрудар наших войск начался 26 июня и вылился во встречное сражение с соединениями 1-й танковой группы противника. Однако успешно завершить операцию окружением противника не удалось, и в первую очередь по причине отсутствия чётко налаженной связи и взаимодействия как между наступавшими мехкорпусами, так и между ними и вышестоящими штабами. Вот что по этому поводу написал в своих воспоминаниях В. С. Архипов, в те дни командир разведбата 43-й танковой дивизии 19-го мехкорпуса:
Но, судя по записи, которую сделал 29 июня в своём дневнике начальник генерального штаба Вермахта генерал-полковник Ф. Гальдер, на немецкие войска было оказано не только моральное воздействие:
Впрочем, картина была не столь уж благостной. В частности, 11-я танковая дивизия, уклонившись от лобового столкновения с 19-м мехкорпусом, вырвалась вперёд и овладела Острогом. Двигавшаяся южнее 13-я немецкая танковая дивизия, которая до этого момента толком не принимала участия в боях, довольно легко прорвала оборону советских 228-й стрелковой и 40-й танковой дивизий.
В боях под Дубно наиболее результативно действовал 8-й мехкорпус. 27 июня отряд в составе 34-й танковой и части сил 12-й танковой дивизии во главе с бригадным комиссаром Н. К. Попелем нанёс удар в северо-восточном направлении в тыл 1-й танковой группе. Юго-западнее Дубно был окружён штаб 16-й танковой дивизии, а сама дивизия рассечена на две части. Командира 16-й танковой генерала Хубе немцам удалось выручить только на следующий день. Утром 29 июня отряд Попеля возобновил наступление на Дубно, но к вечеру был вынужден занять оборону вдоль шоссе, идущего западнее города. В этот день войска Юго-Западного фронта по-прежнему стремились выполнить боевой приказ –
Таким образом, войскам фронта не удалось ликвидировать прорыв противника. Основные причины неуспеха контрудара заключаются в поспешной подготовке (если она вообще была) и отсутствии единого руководства. Мехкорпуса вступали в бой ослабленными, после продолжительных маршей, при отсутствии нормального материально-технического снабжения. Практически контрудар превратился в разрозненные действия соединений – одни начинали атаку, другие завершали её, а третьи только подтягивались к району боевых действий. Д. И. Рябышев писал по этому поводу: