С утра 5 августа к наступлению присоединились 27-я армия с двумя танковыми корпусами и ударная группировка 40-й армии (237, 206, 100-я стрелковые дивизий, 2-й танковый корпус) генерал-лейтенанта К.С. Москаленко. Прорвав на 26-километровом участке оборону 57-й пехотной дивизии, они в течение дня продвинулись на несколько километров. Пехота Чистякова и Жадова с помощью танкистов Катукова окружили и сутки спустя овладели Томаровкой. Танковые корпуса продвинулись на юго-запад еще на 15 километров.
Соединения 69-й армии (89, 93, 94-я гвардейские, 305, 375, 183, 107-я стрелковые дивизии) устремились к Белгороду и вышли на его северную окраину. 7-я гвардейская армия создала угрозу вражескому гарнизону с востока. Части 1-го механизированного корпуса, наступая западнее города, перерезали железную и шоссейную дороги Белгород — Харьков. Вокруг города немцами был создан мощный оборонительный обвод с разветвленной сетью долговременных оборонительных сооружений. Кварталы были приспособлены для ведения уличных боев. Приказ фюрера требовал защищать Белгород при любых обстоятельствах. Однако удержать город было уже невозможно. Генерал Раус вспоминает:
«Я решил, несмотря на приказ Гитлера, начать отход к Харькову, ведя сдерживающие бои на промежуточных позициях, а потом постараться удержать этот город. Поэтому 11-й корпус
Собственно говоря, здесь перечислены все немецкие силы, противостоявшие между реками Лопань и Северский Донец войскам 53, 69-й и 7-й гвардейской армий Степного фронта, в состав которых входили 22 стрелковые дивизии, механизированный корпус, 3 отдельные танковые бригады, 5 отдельных танковых полков прорыва, 46 артиллерийских и 8 минометных полков, не считая реактивной артиллерии.
К вечеру 5 августа советские войска очистили город от немецких войск.
По случаю освобождения Белгорода и Орла в столице впервые прогремел победный артиллерийский салют. С этого времени московские салюты стали традицией. А вот парады на Красной площади, после великолепной пропагандисткой акции 7 ноября 1941 года, товарищ Сталин до конца войны не практиковал.
Общая ширина фронта прорыва достигла 90 километров, подвижные соединения Воронежского фронта на направлении главного удара вклинились в глубину вражеской обороны до 40 километров. Немецкое командование приступило к обратной передислокации из-под Орла дивизии «Великая Германия». Передовые части танковых дивизий СС «Дас Рейх» и «Мертвая голова» прибыли в район Харькова.
Упорные бои разгорелись на флангах прорыва. Противник сосредоточил усилия против 40-й и 27-й армий, а также против 5-й гвардейской и 5-й гвардейской танковой армий. Однако все попытки остановить наступление советских войск оказались тщетными. 1-я танковая армия и передовые части 6-й гвардейской армии за пять дней продвинулись более чем на 100 километров и к исходу 7 августа овладели важными опорными пунктами — Богодуховом, где размещался штаб 4-й танковой армии, и Борисовкой. Последнюю до конца пытались удержать части 332-й пехотной, 11-й и 19-й танковых дивизий, в бою погиб генерал Густав Шмидт. В Борисовке находились ремонтные мастерские.
После операции «Цитадель» в группе армий «Юг» к началу августа стояли в ремонте 421 танк и 74 штурмовых орудия. Когда советские войска перешли в наступление, немцам пришлось взорвать или бросить около сотни единиц неисправной бронетехники. Об этом упоминает в мемуарах Манштейн: «Потери наших дивизий достигли очень тревожных размеров… Вследствие быстрого продвижения противника мы потеряли также большое количество танков, находившихся в ремонтных мастерских за линией фронта». В частности, в Борисовке были взорваны 35 «пантер». Маршал Катуков рассказывает, что в Томаровке «захватили сорок пять исправных, готовых к бою «тигров». Они, как видно, только-только вышли из ремонта». В типах немецких танков до старости не разобрался ни один из советских полководцев, но что-то, видимо, захватили.
С выходом к Богодухову была перерезана одна из основных коммуникаций харьковской группировки противника — железная дорога Харьков — Сумы.
Соединения 27-й армии в этот же день освободили город Грайворон.
Большим упорством и ожесточенностью отличались бои в полосе наступления «пятых» армий. Но и здесь успех сопутствовал советским войскам. Корпуса Ротмистрова, настойчиво пробиваясь между реками Уда и Лопань, за пять дней прошли до 80 километров и к исходу 7 августа овладели Казачьей Лопанью и Золочевом, прорвав тыловой оборонительный рубеж.
Между 4-й танковой армией и оперативной группой «Кемпф» образовалась 55-километровая брешь.
Битва разделилась на два отдельных сражения.
Войска Воронежского фронта 8–11 августа продолжали наступление, стремясь перерезать основные пути, идущие из Харькова, и расширить прорыв в западном направлении.
Главной целью Степного фронта стало освобождение Харькова и разгром армейской группы «Кемпф». Для решения этой задачи Ставка 8 августа передала генералу Коневу 57-ю армию Юго-Западного фронта, а 9 августа — 5-ю гвардейскую танковую армию.
В штаб группы армий «Юг» 8 августа для выяснения обстановки прибыл генерал Цейтцлер. В беседе Манштейн снова поднял вопрос о подкреплениях: либо ОКХ подкинет 20 дивизий, либо необходимо немедленно сдать Донбасс. А пока приходилось обходиться тем, что было в наличии. К 10 августа южнее Богодухова развернулась танковая дивизия СС «Мертвая голова», в район Старый Мерчик прибыли дивизия СС «Дас Рейх» и «Викинг». Причем зафиксированное разведкой передвижение и сосредоточение немецких войск генерал Ватутин принимал за эвакуацию харьковской группировки в Полтаву. Второй ударный кулак Манштейн собирал в районе Ахтырки. В него должны были войти мотодивизия «Великая Германия», 7-я и 9 -я танковые, 10-я моторизованная дивизии. Советские войска традиционно наступали «в направлениях», мало что зная о противнике, и потому, как пишет Штеменко: «Командование Воронежского фронта недооценило нависающей угрозы, даже, правильнее сказать, проглядело ее». Неприятель регулярно этим пользовался.
10 августа Ватутин получил указание Сталина:
Армия Катукова (260 танков в остатке) немедленно повернула строго на юг и с боями форсировала речку Мерчик. Утром 11 августа ее передовые бригады ворвались в Высокополье и на станцию Ковяги, перерезав железную дорогу Харьков — Полтава. На правом крыле Воронежского фронта 40-я армия и 10-й танковый корпус овладели Баромлей и станцией Тростянец. 27-я армия и 4-й танковый корпус достигли Ахтырки. Южнее Белгорода 53, 69-я и 7-я гвардейская армии Степного фронта, преодолевая ожесточенное сопротивление, вплотную подошли к внешнему харьковскому оборонительному обводу, а 57-я армия генерала Н.А. Гагена, форсировав Северский Донец, овладела Чугуевом с востока и вышла на подступы к городу с юго-востока.
Во второй половине дня 11 августа танковые дивизии СС «Мертвая голова» и «Дас Рейх» нанесли контрудар с востока и запада по соединениям 1-й танковой армии, отрезали 6-ю мотострелковую и 1-ю